Python實現互斥鎖原理及應用

一、什麼是互斥鎖

在多任務模式下，線程（任務）同時訪問同一個變量或資源時，可能會產生競爭，導致數據混亂或錯誤。此時，需要對資源加鎖，保證同一時刻只有一個線程在訪問該資源。互斥鎖（Mutex）就是一種保證同步的機制。

互斥鎖的原理很簡單：當某個線程獲取到互斥鎖時，其他線程就無法再獲取到該鎖，只有等待該鎖釋放後才能繼續訪問。

二、Python中常用的互斥鎖

Python中有多種鎖可供選擇，常用的是threading模塊中提供的Lock類和RLock類。

1. Lock類

Lock類是最簡單的一種互斥鎖，它擁有兩個基本方法：acquire()和release()，分別是獲取鎖和釋放鎖的方法。當多個線程競爭一個 Lock 對象時，只能有一個線程會成功獲取該鎖。

import threading

lock = threading.Lock()  # 創建一個 Lock 對象

def func():
    lock.acquire()  # 獲取鎖
    # 訪問共享資源
    lock.release()  # 釋放鎖

2. RLock類

RLock類是可重入鎖，允許單個線程多次獲得同一把鎖，方便了鎖的嵌套調用。 acquire() 和 release() 的使用方式同 Lock 類。

import threading

lock = threading.RLock()  # 創建一個 RLock 對象

def func():
    with lock:
        # 訪問共享資源，可以加鎖嵌套

三、互斥鎖的應用實例

下面以多線程下載圖片為例，演示互斥鎖的實際應用。

前提條件：已安裝requests模塊，有多張圖片存儲在urls.txt文件中。

import threading
import requests

lock = threading.Lock()

def download(url):
    with lock:
        filename = url.split('/')[-1]
        r = requests.get(url)
        with open(filename, 'wb') as f:
            f.write(r.content)
        print(filename + ' downloaded...')

def main():
    urls = []
    with open('urls.txt', 'r') as f:
        urls = f.read().splitlines()

    threads = []
    for url in urls:
        t = threading.Thread(target=download, args=(url,))
        threads.append(t)
        t.start()

    for t in threads:
        t.join()

    print('All images downloaded successfully!')

if __name__ == '__main__':
    main()

四、總結

互斥鎖可以有效避免多線程訪問資源時的競爭問題，保證了線程間的同步性。在Python中實現互斥鎖主要是通過threading模塊提供的 Lock 類和 RLock 類實現。

在實際應用中，我們可以將互斥鎖用於多線程下載、多線程爬蟲等需要訪問同一資源的場合，確保多個線程之間的數據不發生衝突。