并发编程 - 线程 - 1.互斥锁/2.GIL解释器锁/3.死锁与递归锁/4.信号量/5.Event事件/6.定时器

1.互斥锁：
    原理：将并行变成串行
    精髓：局部串行，只针对共享数据修改
          保护不同的数据就应该用不用的锁

 from threading import Thread, Lock
 import time
 
 n = 100
 
 def task():
     global n
     mutex.acquire()  # 效率低了 但是数据安全了
     temp = n
     time.sleep(0.1)  # 100个线程 都拿到了100  所以就是 100个线程100-1
     n = temp - 1
     mutex.release()
 
 if __name__ == '__main__':
     mutex = Lock()
     t_l = []
     for i in range(100):
         t = Thread(target=task)
         t_l.append(t)
         t.start()
 
     for t in t_l:
         t.join()
 
     print('主', n)
 """
 主 99   原因： 100个线程 都拿到了100  所以就是 100个线程100-1  数据不安全 效率高但是不安全
           要将并行改为串行
 """
 """
 主 0    原因：效率低了 但是数据安全了
 """

2.GIL: global interpreter lock
    python3 test.py
    ps aux | grep test     # linux
    tasklist | findstr python   # windows  python.exe
 
运行python 会有几步：
    1.会有一个进程，进程内存空间 python解释器的代码先加载到内存空间
    2.test.py 内容加载到内存
    3.解释执行；代码交给了python解释器
        线程干活指向了python代码 python代码当作参数传给了解释器
        线程拿到解释器的代码，拿着python代码当作参数，执行
        垃圾回收线程运行解释器的代码
        垃圾回收线程和某一个线程冲突了，数据不安全，   

    开多个进程，GIL就没影响了， cpython解释器垃圾回收线程定期启动一个
    GIL:互斥锁，保证数据的安全 对CPython解释器，同一时间只有一个线程运行
        GIL.acquire()  这样垃圾线程和线程就不会冲突了，这样回收机制就变得安全了
        GIL.release()
    python解释器，多线程有GIL存在，保证了一个进程下面多个线程的执行是一个一个执行的
 
   有GIL与自动的锁的工作原理：       

   总结：
        1.GIL 一个进程内的多个线程同一时间只能运行一个线程，垃圾回收线程是安全的
        2.针对不同的数据，就应该加不同的锁，解释器级别的GIL锁，只能保护解释器级别的数据，
          不能保护自己的数据，针对自己的共享数据还要加锁；
 
          线程首先抢的是；GIL锁，之后才是mutex
   官网：
      结论：在Cpython解释器中，同一个进程下开启的多线程，同一时刻只能有一个线程执行，无法利用多核优势
 
   GIL的存在：同一时刻，只能有一个线程在运行
        多核，多进程，但进程开销大，多线程，又不能用多核 ?
 
   cpu干计算的，多个cpu
        1.如果是干计算的操作，多核省时间
        2.如果干IO阻塞型操作，多核没用
 
   程序运行：都会干计算和IO操作
 
   四个任务：
        1.1个核：开多线程  ，因为多进程能用上多核
        2.多核:
            计算密集型：用多进程，用多核，eg:金融行业的，计算比较多,虽然多进程开销大，但多核，保证了计算快
            IO密集型：用多线程，同一时间只能用一个核，1个核一个进程，多线程就在一个核上来回切和四个核来回切是一样的
 
   现在写的软件：
      网络打交道，网络的IO
      IO密集型，用多线程

 """
 计算密集型应该用： 多进程 效率高
 """
 from multiprocessing import Process
 from threading import Thread
 import os,time
 
 def work():
     res=0
     for i in range(100000000):
         res*=i
 
 if __name__ == '__main__':
     l=[]
     print(os.cpu_count()) #本机为8核
     start=time.time()
     for i in range(8):
         # p=Process(target=work) #耗时8s多
         p=Thread(target=work) #耗时37s多
         l.append(p)
         p.start()
     for p in l:
         p.join()
     stop=time.time()
     print('run time is %s' %(stop-start))
 
 """
 IO密集型：多线程 效率高
 """
 from multiprocessing import Process
 from threading import Thread
 import threading
 import os,time
 def work():
     time.sleep(2)
     print('===>')
 
 if __name__ == '__main__':
     l=[]
     print(os.cpu_count()) #本机为8核
     start=time.time()
     for i in range(400):
         # p=Process(target=work) #耗时8s多,大部分时间耗费在创建进程上
         p=Thread(target=work) #耗时2s多
         l.append(p)
         p.start()
     for p in l:
         p.join()
     stop=time.time()
     print('run time is %s' %(stop-start))

3.死锁：
    你拿着我的锁，我拿着你的锁
 
互斥锁：Lock()
    互斥锁只能acquire一次
 
递归锁:RLock()
    可以连续acquire多次，每acquire一次计数器+1，
    只有计数为0时，才能被抢到acquire

 from threading import Thread,Lock
 import time
 
 mutexA=Lock()
 mutexB=Lock()
 
 class MyThread(Thread):
     def run(self):
         self.f1()
         self.f2()
 
     def f1(self):
         mutexA.acquire()
         print('%s 拿到了A锁' %self.name)
 
         mutexB.acquire()
         print('%s 拿到了B锁' %self.name)
         mutexB.release()
 
         mutexA.release()
 
     def f2(self):
         mutexB.acquire()
         print('%s 拿到了B锁' % self.name)
         time.sleep(0.1)
 
         mutexA.acquire()
         print('%s 拿到了A锁' % self.name)
         mutexA.release()
 
         mutexB.release()
 
 if __name__ == '__main__':
     for i in range(10):
         t=MyThread()
         t.start()
 """
 Thread-1 拿到了A锁  # 死锁了 卡住了
 Thread-1 拿到了B锁
 Thread-1 拿到了B锁
 Thread-2 拿到了A锁
 """

 # 互斥锁只能acquire一次
 # from threading import Thread,Lock
 #
 # mutexA=Lock()
 #
 # mutexA.acquire()
 # mutexA.release()
 
 # 递归锁:可以连续acquire多次，每acquire一次计数器+1，只有计数为0时，才能被抢到acquire
 from threading import Thread,RLock
 import time
 
 mutexB=mutexA=RLock()
 
 class MyThread(Thread):
     def run(self):
         self.f1()
         self.f2()
 
     def f1(self):
         mutexA.acquire()
         print('%s 拿到了A锁' %self.name)
 
         mutexB.acquire()
         print('%s 拿到了B锁' %self.name)
         mutexB.release()
 
         mutexA.release()
 
     def f2(self):
         mutexB.acquire()
         print('%s 拿到了B锁' % self.name)
         time.sleep(2)
 
         mutexA.acquire()
         print('%s 拿到了A锁' % self.name)
         mutexA.release()
 
         mutexB.release()
 
 if __name__ == '__main__':
     for i in range(10):
         t=MyThread()
         t.start()
 """
 Thread-1 拿到了A锁  # 解决了 死锁
 Thread-1 拿到了B锁
 Thread-1 拿到了B锁
 Thread-1 拿到了A锁
 Thread-2 拿到了A锁
 Thread-2 拿到了B锁
 Thread-2 拿到了B锁
 Thread-2 拿到了A锁
 Thread-4 拿到了A锁
 Thread-4 拿到了B锁
 Thread-5 拿到了A锁
 Thread-5 拿到了B锁
 Thread-5 拿到了B锁
 Thread-5 拿到了A锁
 Thread-7 拿到了A锁
 Thread-7 拿到了B锁
 Thread-7 拿到了B锁
 Thread-7 拿到了A锁
 Thread-9 拿到了A锁
 Thread-9 拿到了B锁
 Thread-9 拿到了B锁
 Thread-9 拿到了A锁
 Thread-3 拿到了A锁
 Thread-3 拿到了B锁
 Thread-3 拿到了B锁
 Thread-3 拿到了A锁
 Thread-6 拿到了A锁
 Thread-6 拿到了B锁
 Thread-6 拿到了B锁
 Thread-6 拿到了A锁
 Thread-10 拿到了A锁
 Thread-10 拿到了B锁
 Thread-10 拿到了B锁
 Thread-10 拿到了A锁
 Thread-8 拿到了A锁
 Thread-8 拿到了B锁
 Thread-8 拿到了B锁
 Thread-8 拿到了A锁
 Thread-4 拿到了B锁
 Thread-4 拿到了A锁
 """

4.信号量
　　信号量也是一把锁，可以指定信号量为5，对比互斥锁同一时间只能有一个任务抢到锁去执行，
   　　 信号量同一时间可以有5个任务拿到锁去执行
    　　信号量：同一时间有多个线程在进行

 from threading import Thread,Semaphore,currentThread
 import time,random
 
 sm=Semaphore(1)
 
 def task():
     # sm.acquire()
     # print('%s in' %currentThread().getName())
     # sm.release()
     with sm:  # 类似于sm.acquire() # 同一时间可以来3个人，1个人，或者2个人
         print('%s in' %currentThread().getName())
         time.sleep(random.randint(1,3))
 
 if __name__ == '__main__':
     for i in range(10):
         t=Thread(target=task)
         t.start()
 """
 Thread-1 in
 Thread-2 in
 Thread-3 in
 
 Thread-4 in
 
 Thread-6 in
 Thread-5 in
 Thread-7 in
 
 Thread-8 in
 Thread-9 in
 
 Thread-10 in
 """

5.Event:
   多个线程之间同步的，一个线程告诉另一些线程可以做其他的活了
   event.wait()
   event.wait(2)
   event.set()
   event.is_set()
   event.clear()

 from threading import Thread,Event
 import time
 
 event=Event()
 # event.wait()   # 等 ...直到 set
 # event.set()
 
 def student(name):
     print('学生%s 正在听课' %name)
     # event.wait()  # 学生要等7秒 才能下课
     event.wait(2)   # 学生等2秒 直接下课了
 
     print('学生%s 课间活动' %name)
 
 def teacher(name):
     print('老师%s 正在授课' %name)
     time.sleep(7)
     event.set()
 
 if __name__ == '__main__':
     stu1=Thread(target=student,args=('alex',))
     stu2=Thread(target=student,args=('wxx',))
     stu3=Thread(target=student,args=('yxx',))
     t1=Thread(target=teacher,args=('egon',))
 
     stu1.start()
     stu2.start()
     stu3.start()
     t1.start()
 
 # ------------------
 # 设置链接的超时时间
 from threading import Thread,Event,currentThread
 import time
 
 event=Event()
 
 def conn():
     # print('%s is connecting'%currentThread().getName())
     # event.wait()
     # print('%s is connected'%currentThread().getName())
 
     n=0
     while not event.is_set():
         if n == 3:
             print('%s try too many times' %currentThread().getName())
             return
         print('%s try %s' %(currentThread().getName(),n))
         event.wait(0.5)
         n+=1
 
     print('%s is connected' %currentThread().getName())
 
 def check():
     print('%s is checking' %currentThread().getName())
     time.sleep(5)
     event.set()
 
 if __name__ == '__main__':
     for i in range(3):
         t=Thread(target=conn)
         t.start()
     t=Thread(target=check)
     t.start()
 """
 Thread-1 try 0
 Thread-2 try 0
 Thread-3 try 0
 Thread-4 is checking
 Thread-3 try 1
 Thread-2 try 1
 Thread-1 try 1
 Thread-3 try 2
 Thread-1 try 2
 Thread-2 try 2
 Thread-3 try too many times
 Thread-2 try too many times
 Thread-1 try too many times
 """

6.定时器：Timer
　　t=Timer(5,task,args=('egon',))
　　t.start()
　　t.cancel()

 from threading import Timer
 
 def task(name):
     print('hello %s' %name)
 
 t=Timer(5,task,args=('egon',))  # 就是起了一个线程
 t.start()
 
 # ----------------------
 from threading import Timer
 import random
 
 class Code:
     def __init__(self):
         self.make_cache()
 
     def make_cache(self,interval=10):
         self.cache=self.make_code()
         print(self.cache)
         self.t=Timer(interval,self.make_cache)
         self.t.start()
 
     def make_code(self,n=4):
         res=''
         for i in range(n):
             s1=str(random.randint(0,9))
             s2=chr(random.randint(65,90))
             res+=random.choice([s1,s2])
         return res
 
     def check(self):
         while True:
             code=input('请输入你的验证码>>: ').strip()
             if code.upper() == self.cache:
                 print('验证码输入正确')
                 self.t.cancel()
                 break
 
 obj=Code()
 obj.check()