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使用Python中的线程模块，能够同时运行程序的不同部分，并简化设计。如果你已经入门Python，并且想用线程来提升程序运行速度的话，那本文就是为你准备的！

如果你在学习Python的过程当中有遇见任何问题，可以加入我的python交流学习qq群：683380553，多多交流问题，互帮互助，群里有不错的学习教程和开发工具。学习python有任何问题（学习方法，学习效率，如何就业），可以随时来咨询我，如果你准备学习大数据，也欢迎加入大数据学习交流qq群683380553，每天与大家分享学习资源哦。

通过阅读本文，你将了解到：

· 什么是线程？

· 如何创建、执行线程？

· 如何使用线程池ThreadPoolExecutor？

· 如何避免资源竞争问题？

· 如何使用Python中线程模块threading提供的常用工具？

目录

1. 什么是线程

2. 创建线程

2.1. 守护线程

2.2. 加入线程

3. 多线程

4. 线程池

5. 竞态条件

5.1. 单线程

5.2\. 两个线程

5.3\. 示例的意义

6. 同步锁

7. 死锁

8. 生产者-消费者模型中的线程

8.1 在生产者-消费者模型中使用锁

8.2 在生产者-消费者模型中使用队列

9. 线程对象

9.1 信号量

9.2 定时器

9.3 栅栏

阅读提醒：

已掌握Python基本知识；

使用Python 3.6以上版本运行。

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1. 什么是线程

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312283893" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

在Python3中实现的大部分运行任务里，不同的线程实际上并没有同时运行：它们只是看起来像是同时运行的。

大家很容易认为线程化是在程序上运行两个（或多个）不同的处理器，每个处理器同时执行一个独立的任务。这种理解并不完全正确，线程可能会在不同的处理器上运行，但一次只能运行一个线程。

同时执行多个任务需要使用非标准的Python运行方式：用不同的语言编写一部分代码，或者使用多进程模块multiprocessing，但这么做会带来一些额外的开销。

由于Python默认的运行环境是CPython（C语言开发的Python)，所以线程化可能不会提升所有任务的运行速度。这是因为和GIL（Global Interpreter Lock）的交互形成了限制：一次只能运行一个Python线程。

线程化的一般替代方法是：让各项任务花费大量时间等待外部事件。但问题是，如果想缩短等待时间，会需要大量的CPU计算，结果是程序的运行速度可能并不会提升。

当代码是用Python语言编写并在默认执行环境CPython上运行时，会出现这种情况。如果线程代码是用C语言写的，那它们就能够释放GIL并同时运行。如果是在别的Python执行环境（如IPython, PyPy，Jython, IronPython）上运行，请参考相关文档了解它们是如何处理线程的。

如果只用Python语言在默认的Python执行环境下运行，并且遇到CPU受限的问题，那就应该用多进程模块multiprocessing来解决。

在程序中使用线程也可以简化设计。本文中的大部分示例并不保证可以提升程序运行速度，其目的是使设计结构更加清晰、便于逻辑推理。

下面就来看看如何使用线程吧！

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312283897" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

2. 创建线程

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312283898" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

既然已经对什么是线程有了初步了解，下面让我们来学习如何创建一个线程。

Python标准库提供了threading模块，里面包含将在本文中介绍的大部分基本模块。在这个模块中，Thread类很好地封装了有关线程的子类，为我们提供了干净的接口来使用它们。

要启动一个线程，需要创建一个Thread实例，然后调用.start()方法：

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">import logging
import threading
import time
def thread_function(name):
logging.info("Thread %s: starting", name)
time.sleep(2)
logging.info("Thread %s: finishing", name)
if name == "main":
format = "%(asctime)s: %(message)s"
logging.basicConfig(format=format, level=logging.INFO,
datefmt="%H:%M:%S")
logging.info("Main : before creating thread")
x = threading.Thread(target=thread_function, args=(1,))
logging.info("Main : before running thread")
x.start()
logging.info("Main : wait for the thread to finish")
# x.join()
logging.info("Main : all done")
</pre>

查看日志语句，可以看到main部分正在创建并启动线程:

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">x = threading.Thread(target=thread_function, args=(1,))
x.start()
</pre>

创建线程时，我们需要传递两个参数，第一个参数target是函数名，指定这个线程去哪个函数里面去执行代码，第二个参数args是一个元组类型，指定为这个函数传递的参数。在本例中，Thread运行函数thread_function()，并将1作为参数传递给该函数。

在本文中，我们用连续整数为线程命名。虽然threading.get_ident()方法能够为每一个线程生成唯一的名称，但这些名称通常会比较长，而且可读性差。

这里的thread_function()函数本身没做什么，它只是简单地记录了一些信息，并用time.sleep()隔开。

运行程序（注释掉倒数第二行代码），结果如下：

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">$ ./single_thread.py
Main : before creating thread
Main : before running thread
Thread 1: starting
Main : wait for the thread to finish
Main : all done
Thread 1: finishing
</pre>

可以看到，线程Thread在main部分代码运行完后才结束。下一节会对这一现象做出解释，并讨论被注释掉那行代码。

2.1. 守护线程

在计算机科学中，守护进程daemon是一类在后台运行的特殊进程，用于执行特定的系统任务。

守护进程daemon在Python线程模块threading中有着特殊的含义。当程序退出时，守护线程将立即关闭。可以这么理解，守护线程是一个在后台运行，且不用费心去关闭它的线程，因为它会随程序自动关闭。

如果程序运行的线程是非守护线程，那么程序将等待所有线程结束后再终止。但如果运行的是守护线程，当程序退出时，守护线程会被自动杀死。

我们仔细研究一下上面程序运行的结果，注意看最后两行。当运行程序时，在main部分打印完all done信息后、线程结束前，有一个大约2秒的停顿。

这时，Python在等待非守护线程完成运行。当Python程序结束时，关闭过程的一部分是清理线程。

查看Python线程模块的源代码，可以看到thread ._shutdown()方法遍历所有正在运行的线程，并在每个非守护线程上调用.join()函数，检查它们是否已经结束运行。

因此，程序退出时需要等待，因为守护线程本身会在休眠中等待其他非守护线程运行结束。一旦thread ._shutdown()运行完毕并打印出信息，程序就可以退出。

守护线程这种自动退出的特性很实用，但其实还有其他的方法能实现相同的功能。我们先用守护线程重复运行一下上面的程序，看看结果。只需在创建线程时，添加参数daemon=True。

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">x = threading.Thread(target=thread_function, args=(1,), daemon=True)
</pre>

现在运行程序，结果如下：

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">$ ./single_thread.py
Main : before creating thread
Main : before running thread
Thread 1: starting
Main : wait for the thread to finish
Main : all done
Thread 1: finishing
</pre>

添加参数daemon=True前

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">$ ./daemon_thread.py
Main : before creating thread
Main : before running thread
Thread 1: starting
Main : wait for the thread to finish
Main : all done
</pre>

添加参数daemon=True后

不同的地方是，之前输出的最后一行不见了，说明thread_function()函数没有机会完成运行。这是一个守护线程，所以当main部分运行完最后一行代码，程序终止，守护线程被杀死。

2.2. 加入一个线程

守护线程用起来很方便，但如果想让守护线程运行完毕后再结束程序该怎么办？或者想让守护线程运行完后不退出程序呢？

让我们来看一下刚刚注释掉的那行代码:

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;"># x.join()
</pre>

要让一个线程等待另一个线程完成，可以调用.join()函数。如果取消对这行代码的注释，主线程将会暂停，等待线程x完成运行。

这个功能在守护线程和非守护线程上同样适用。如果用.join()函数加入了一个线程，则主线程将一直等待，直到被加入的线程运行完成。

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312283932" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

3. 多线程

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312283934" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

到目前为止，示例代码中只用到了两个线程：主线程和一个threading.Thread线程对象。

通常，我们希望同时启动多个线程，让它们执行不同的任务。先来看看比较复杂的创建多线程的方法，然后再看简单的。

这个复杂的创建方法其实前面已经展示过了：

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">import logging
import threading
import time
def thread_function(name):
logging.info("Thread %s: starting", name)
time.sleep(2)
logging.info("Thread %s: finishing", name)
if name == "main":
format = "%(asctime)s: %(message)s"
logging.basicConfig(format=format, level=logging.INFO,
datefmt="%H:%M:%S")
threads = list()
for index in range(3):
logging.info("Main : create and start thread %d.", index)
x = threading.Thread(target=thread_function, args=(index,))
threads.append(x)
x.start()
for index, thread in enumerate(threads):
logging.info("Main : before joining thread %d.", index)
thread.join()
logging.info("Main : thread %d done", index)
</pre>

这段代码和前面提到的创建单线程时的结构是一样的，创建线程对象，然后调用.start()方法。程序中会保存一个包含多个线程对象的列表，为稍后使用.join()函数做准备。

多次运行这段代码可能会产生一些有趣的结果：

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">Main : create and start thread 0.
Thread 0: starting
Main : create and start thread 1.
Thread 1: starting
Main : create and start thread 2.
Thread 2: starting
Main : before joining thread 0.
Thread 2: finishing
Thread 1: finishing
Thread 0: finishing
Main : thread 0 done
Main : before joining thread 1.
Main : thread 1 done
Main : before joining thread 2.
Main : thread 2 done
</pre>

仔细看一下输出结果，三个线程都按照预想的顺序创建0,1,2，但它们的结束顺序却是相反的！多次运行将会生成不同的顺序。查看线程Thread x: finish中的信息，可以知道每个线程都在何时完成。

线程的运行顺序是由操作系统决定的，并且很难预测。很有可能每次运行所得到的顺序都不一样，所以在用线程设计算法时需要注意这一点。

幸运的是，Python中提供了几个基础模块，可以用来协调线程并让它们一起运行。在介绍这部分内容之前，让我们先看看如何更简单地创建一组线程。

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312283981" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

4. 线程池

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312283983" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

我们可以用一种更简单的方法来创建一组线程：线程池ThreadPoolExecutor，它是Python中concurrent.futures标准库的一部分。(Python 3.2 以上版本适用)。

最简单的方式是把它创建成上下文管理器，并使用with语句管理线程池的创建和销毁。

用ThreadPoolExecutor重写上例中的main部分，代码如下:

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">import concurrent.futures

[rest of code]

if name == "main":
format = "%(asctime)s: %(message)s"
logging.basicConfig(format=format, level=logging.INFO,
datefmt="%H:%M:%S")
with concurrent.futures.ThreadPoolExecutor(max_workers=3) as executor:
executor.map(thread_function, range(3))
</pre>

这段代码创建一个线程池ThreadPoolExecutor作为上下文管理器，并传入需要的工作线程数量。然后使用.map()遍历可迭代对象，本例中是range(3)，每个对象生成池中的一个线程。

在with模块的结尾，会让线程池ThreadPoolExecutor对池中的每个线程调用.join()。强烈建议使用线程池ThreadPoolExecutor作为上下文管理器，因为这样就不会忘记写.join()。

注：

使用线程池ThreadPoolExecutor可能会报一些奇怪的错误。例如，调用一个没有参数的函数，但将参数传入.map()时，线程将抛出异常。

不幸的是，线程池ThreadPoolExecutor会隐藏该异常，程序会在没有任何输出的情况下终止。刚开始调试时，这会让人很头疼。

运行修改后的示例代码，结果如下:

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">$ ./executor.py
Thread 0: starting
Thread 1: starting
Thread 2: starting
Thread 1: finishing
Thread 0: finishing
Thread 2: finishing
</pre>

再提醒一下，这里的线程1在线程0之前完成，这是因为线程的调度是由操作系统决定的，并不遵循一个特定的顺序。

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312284011" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

5. 竞态条件

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312284013" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

在继续介绍Python线程模块的一些其他特性之前，让我们先讨论一下在编写线程化程序时会遇到的一个更头疼的问题: 竞态条件。

我们先了解一下竞态条件的含义，然后看一个实例，再继续学习标准库提供的其他模块，来防止竞态条件的发生。

当两个或多个线程访问共享的数据或资源时，可能会出现竞态条件。在本例中，我们创建了一个每次都会发生的大型竞态条件，但请注意，大多数竞态条件不会如此频繁发生。通常情况下，它们很少发生，但一旦发生，会很难进行调试。

在本例中，我们会写一个更新数据库的类，但这里并不需要一个真正的数据库，只是一个虚拟的，因为这不是本文讨论的重点。

这个FakeDatabase类包括.init()和.update()方法。

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">class FakeDatabase:
def init(self):
self.value = 0
def update(self, name):
logging.info("Thread %s: starting update", name)
local_copy = self.value
local_copy += 1
time.sleep(0.1)
self.value = local_copy
logging.info("Thread %s: finishing update", name)
</pre>

FakeDatabase类会一直跟踪一个值: .value，它是共享数据，这里会出现竞态条件。

.init()方法将.value的值初始化为0。.update()方法从数据库中读取一个值，对其进行一些计算，然后将新值写回数据库。

FakeDatabase类的使用实例如下：

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">if name == "main":
format = "%(asctime)s: %(message)s"
logging.basicConfig(format=format, level=logging.INFO,
datefmt="%H:%M:%S")
database = FakeDatabase()
logging.info("Testing update. Starting value is %d.", database.value)
with concurrent.futures.ThreadPoolExecutor(max_workers=2) as executor:
for index in range(2):
executor.submit(database.update, index)
logging.info("Testing update. Ending value is %d.", database.value)
</pre>

该程序创建一个线程池ThreadPoolExecutor，里面包含两个线程，然后在每个线程上调用.submit()方法，告诉它们运行database.update()函数。

.submit()允许将位置参数和关键字参数传递给正在线程中运行的函数:

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">.submit(function, *args, **kwargs)
</pre>

示例代码中，index作为唯一一个位置参数传递给database.update()函数，后面会介绍，也可以用类似的方式传递多个参数。

由于每个线程都会运行.update()， 让.value的变量值加上1，所以最后打印出的database.value值应该是2。但如果是这样的话，举这个例子就没有什么意义了。

实际上，运行上面这段代码的输出如下：

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">$ ./racecond.py
Testing unlocked update. Starting value is 0.
Thread 0: starting update
Thread 1: starting update
Thread 0: finishing update
Thread 1: finishing update
Testing unlocked update. Ending value is 1.
</pre>

我们来仔细研究一下这里究竟发生了什么，有助于更好地理解有关这个问题的解决方案。

5.1. 单线程

在深入研究上面有关两个线程的问题之前，我们先回过头看一下线程到底是如何工作的。

这里不会讨论所有的细节，因为在目前这个学习阶段还没必要掌握这么多内容。我们还将简化一些东西，虽然可能在技术上不够精确，但可以方便大家理解其中的原理。

当线程池ThreadPoolExecutor运行每个线程时，我们会指定运行哪个函数，以及传递给该函数的参数：executor.submit(database.update, index)，这里是指运行database.update函数，并传入index参数。

这么做的结果是，线程池中的每个线程都将调用database.update(index)。注意，主线程main中创建的database是对FakeDatabase对象的引用。在这个对象上调用.update()，会调用该对象的实例方法。

每个线程都将引用同一个FakeDatabase对象：database。每个线程还有一个独特的index值，使得日志语句更易阅读:

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312284097" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

当线程开始运行.update()函数时，它拥有局部变量local_copy。这绝对是一件好事，否则，运行相同函数的两个线程总是会相互混淆。也就是说，函数内定义的局部变量是线程安全的。

现在我们可以看一下，如果使用单线程、调用一次.update()函数运行上面的程序会发生什么。

下图展示了在只运行一个线程的情况下，.update()函数是如何逐步执行的。代码显示在左上角，后面跟着一张图，显示线程中局部变量local_value和共享数据database.value的值：

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312284105" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image <input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image> <tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312284107" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

这张图是这样布局的，从上至下时间增加，它以创建线程1开始，并在线程1终止时结束。

线程1启动时，FakeDatabase.value的值为0。第一行代码将值0复制给局部变量local_copy。接下来，local_copy += 1语句让local_copy的值增加1，可以看到线程1中的.value值变成了1。

然后调用time.sleep()方法，暂停当前线程，并允许其他线程运行。因为本例中只有一个线程，这里没什么影响。

当线程1被唤醒继续运行时，它将新值从局部变量local_copy复制到FakeDatabase.value，线程完成运行。可以看到database.value的值被设为1。

到目前为止，一切顺利。我们运行了一次.update()函数，FakeDatabase.value值增加到1。

5.2. 两个线程

回到竞态条件，这两个线程会并发运行，但不会同时运行。它们都有各自的局部变量local_copy，并指向相同的database对象。正是database这个共享数据导致了这些问题。

程序创建线程1，运行update()函数:

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312284124" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

当线程1调用time.sleep()方法时，它允许另一个线程开始运行。这时，线程2启动并执行相同的操作。它也将database.value的值复制给私有变量local_copy，但共享数据database.value的值还未更新，仍为0:

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312284132" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

当线程2进入休眠状态时，共享数据database.value的值还是未被修改的0，而且两个线程中的私有变量local_copy的值都是1。

现在线程1被唤醒并保存其私有变量local_copy的值，然后终止，线程2继续运行。线程2在休眠的时候并不知道线程1已经运行完毕并更新了database.value中的值，当继续运行时， 它将自己私有变量local_copy的值存储到database.value中，也是1。

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312284141" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

这两个线程交错访问同一个共享对象，覆盖了彼此的结果。当一个线程释放内存或在另一个线程完成访问之前关闭文件句柄时，可能会出现类似的竞争条件。

5.3. 示例的意义

上面的例子是为了确保每次运行程序时都发生竞态条件。因为操作系统可以在任何时候交换出一个线程，所以有可能在读取了x的值之后，像x = x + 1这样的语句会中断，导致写回数据库的值不是我们想要的。

这一过程中的细节非常有趣，但本文剩下部分的学习不需要了解具体细节，所以可以先跳过。

看完有关竞态条件的实例，让我们接下来看看如何解决它们!

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312284144" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

6. 同步锁

<tt-image data-tteditor-tag="tteditorTag" contenteditable="false" class="syl1555312284145" data-render-status="finished" data-syl-blot="image" style="box-sizing: border-box; cursor: text; color: rgb(34, 34, 34); font-family: "PingFang SC", "Hiragino Sans GB", "Microsoft YaHei", "WenQuanYi Micro Hei", "Helvetica Neue", Arial, sans-serif; font-size: 16px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-weight: 400; letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; white-space: pre-wrap; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; background-color: rgb(255, 255, 255); text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial; display: block;"> image

<input class="pgc-img-caption-ipt" placeholder="图片描述(最多50字)" value="" style="box-sizing: border-box; outline: 0px; color: rgb(102, 102, 102); position: absolute; left: 187.5px; transform: translateX(-50%); padding: 6px 7px; max-width: 100%; width: 375px; text-align: center; cursor: text; font-size: 12px; line-height: 1.5; background-color: rgb(255, 255, 255); background-image: none; border: 0px solid rgb(217, 217, 217); border-radius: 4px; transition: all 0.2s cubic-bezier(0.645, 0.045, 0.355, 1) 0s;"></tt-image>

有很多方法可以避免或解决竞态条件，这里不会介绍所有的解决方法，但会提到一些会经常用到的。让我们先从锁Lock开始学习。

要解决上述竞态条件问题，需要找到一种方法，每次只允许一个线程进入代码的read-modify-write部分。最常用就是Python中的锁。在一些其他语言中，同样的思想被称为互斥锁mutex。互斥锁mutex属于进程互斥MUTual EXclusion的一部分，它和锁所做的工作是一样的。

锁是一种类似于通行证的东西，每次只有一个线程可以拥有锁，任何其他想要获得锁的线程必须等待，直到该锁的所有者将它释放出来。

完成此任务的基本函数是.acquire()和.release()。线程将调用my_lock.acquire()来获取锁。如果锁已经存在，则调用线程将会等待，直到锁被释放。这里有一点很重要，如果一个线程获得了锁，但从未释放，程序会被卡住。稍后会介绍更多关于这方面的内容。

幸运的是，Python的锁也将作为上下文管理器运行，所以可以在with语句中使用它，并且当with模块出于任何原因退出时，锁会自动释放。

让我们看看添加了锁的FakeDatabase，调用函数保持不变:

<pre spellcheck="false" style="box-sizing: border-box; margin: 5px 0px; padding: 5px 10px; border: 0px; font-style: normal; font-variant-ligatures: normal; font-variant-caps: normal; font-variant-numeric: inherit; font-variant-east-asian: inherit; font-weight: 400; font-stretch: inherit; font-size: 16px; line-height: inherit; font-family: inherit; vertical-align: baseline; cursor: text; counter-reset: list-1 0 list-2 0 list-3 0 list-4 0 list-5 0 list-6 0 list-7 0 list-8 0 list-9 0; background-color: rgb(240, 240, 240); border-radius: 3px; white-space: pre-wrap; color: rgb(34, 34, 34); letter-spacing: normal; orphans: 2; text-align: left; text-indent: 0px; text-transform: none; widows: 2; word-spacing: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px; text-decoration-style: initial; text-decoration-color: initial;">class FakeDatabase:
def init(self):
self.value = 0
self._lock = threading.Lock()
def locked_update(self, name):
logging.info("Thread %s: starting update", name)
logging.debug("Thread %s about to lock", name)
with self._lock:
logging.debug("Thread %s has lock", name)
local_copy = self.value
local_copy += 1
time.sleep(0.1)
self.value = local_copy
logging.debug("Thread %s about to release lock", name)
logging.debug("Thread %s after release", name)
logging.info("Thread %s: finishing update", name)
</pre>