為什么需要條件變量
有了前面提到的互斥鎖扮匠，為什么還需要條件變量呢，當(dāng)然是由于有些復(fù)雜問題互斥鎖搞不定了凡涩。Python提供的Condition對(duì)象提供了對(duì)復(fù)雜線程同步問題的支持棒搜。Condition被稱為條件變量，除了提供與Lock類似的acquire和release方法外活箕，還提供了wait和notify方法力麸。
先看一個(gè)互斥鎖解決不了的場(chǎng)景，假設(shè)兩個(gè)智能聊天機(jī)器人（小米的小愛和天貓的天貓精靈）對(duì)話育韩，
天貓精靈：小愛同學(xué)
小愛：在
天貓精靈：我們來對(duì)古詩(shī)吧
小愛：好啊
天貓精靈：我住長(zhǎng)江頭
小愛：不聊了克蚂，再見
假設(shè)小愛和天貓精靈分別是兩個(gè)線程，先使用互斥鎖來實(shí)現(xiàn)一下：
import threading
class XiaoAi(threading.Thread):
def __init__(self, lock):
super().__init__(name="小愛")
self.lock = lock
def run(self):
self.lock.acquire()
print("{} : 在".format(self.name))
self.lock.release()
self.lock.acquire()
print("{} : 好啊".format(self.name))
self.lock.release()
class TianMao(threading.Thread):
def __init__(self, lock):
super().__init__(name="天貓精靈")
self.lock = lock
def run(self):
self.lock.acquire()
print("{} : 小愛同學(xué)".format(self.name))
self.lock.release()
self.lock.acquire()
print("{} : 我們來對(duì)古詩(shī)吧".format(self.name))
self.lock.release()
if __name__ == "__main__":
lock = threading.Lock()
xiaoai = XiaoAi(lock)
tianmao = TianMao(lock)
tianmao.start()
xiaoai.start()
# 運(yùn)行結(jié)果如下：
# 天貓精靈 : 小愛同學(xué)
# 天貓精靈 : 我們來對(duì)古詩(shī)吧
# 小愛 : 在
# 小愛 : 好啊
可以看到筋讨，輸出結(jié)果并不是預(yù)期的對(duì)話順序埃叭，這是因?yàn)樘熵埦`的線程說完“小愛同學(xué)”之后，cpu的控制權(quán)還沒有交出去版仔，繼續(xù)獲取了互斥鎖游盲，又執(zhí)行了“我們來對(duì)古詩(shī)吧”，所以不能得到預(yù)期結(jié)果蛮粮。
先自己想一下解決辦法益缎，理論上應(yīng)該A線程在等待中，B線程在干活然想，干活完畢之后通知A線程活干完了莺奔，B線程進(jìn)入等待，而A線程得到了通知之后变泄，不再繼續(xù)等待令哟，開始干活，看完之后通知B線程妨蛹，如此循環(huán)屏富，直到結(jié)束。
比較粗糙的想法：假設(shè)有一個(gè)全局變量active_user蛙卤，為0表示該A線程執(zhí)行狠半，1表示B線程執(zhí)行，對(duì)于A線程颤难，先實(shí)現(xiàn)wait方法：就是while循環(huán)判斷是否active_user == 0（必須保證這個(gè)變量在兩個(gè)線程中使用的是同一個(gè)）神年，notify方法：將active_user賦值為1。對(duì)于B線程行嗤，實(shí)現(xiàn)方式相反已日。代碼如下：
import threading
class XiaoAi(threading.Thread):
def __init__(self, lock, active_user):
super().__init__(name="小愛")
self.lock = lock
self.active_user = active_user
def wait(self):
while(1):
self.lock.acquire()
user = self.active_user[0]
self.lock.release()
if user == 1:
break
def notify(self):
self.lock.acquire()
self.active_user[0] = 0
self.lock.release()
def run(self):
self.wait()
print("{} : 在".format(self.name))
self.notify()
self.wait()
print("{} : 好啊".format(self.name))
self.notify()
class TianMao(threading.Thread):
def __init__(self, lock, active_user):
super().__init__(name="天貓精靈")
self.lock = lock
self.active_user = active_user
def wait(self):
while(1):
self.lock.acquire()
user = self.active_user[0]
self.lock.release()
if user == 0:
break
def notify(self):
self.lock.acquire()
self.active_user[0] = 1
self.lock.release()
def run(self):
self.wait()
print("{} : 小愛同學(xué)".format(self.name))
self.notify()
self.wait()
print("{} : 我們來對(duì)古詩(shī)吧".format(self.name))
self.notify()
if __name__ == "__main__":
# 0表示天貓執(zhí)行， 1表示小愛
# 為了保證兩個(gè)線程修改active_user之后,互相是可見的栅屏，所以傳了一個(gè)List,而不是整數(shù)
active_user = [0]
lock = threading.Lock()
xiaoai = XiaoAi(lock, active_user)
tianmao = TianMao(lock, active_user)
tianmao.start()
xiaoai.start()
# 運(yùn)行結(jié)果如下：可得到預(yù)期結(jié)果
# 天貓精靈 : 小愛同學(xué)
# 天貓精靈 : 我們來對(duì)古詩(shī)吧
# 小愛 : 在
# 小愛 : 好啊
由上面的例子可知飘千，由互斥鎖是可以實(shí)現(xiàn)互相通知的需求的堂鲜。但是上面的代碼效率不高，一直在while循環(huán)中判斷占婉，還要自己維護(hù)一個(gè)全局變量泡嘴，很麻煩，在復(fù)雜場(chǎng)景下不能勝任逆济。于是python就給我們封裝好了Condition類酌予。
條件變量Condition
構(gòu)造方法：
import threading
# 可傳入一個(gè)互斥鎖或者可重入鎖
cond = threading.Condition()
實(shí)例方法：
acquire([timeout])/release(): 調(diào)用關(guān)聯(lián)的鎖的相應(yīng)方法。
wait([timeout]): 調(diào)用這個(gè)方法將使線程進(jìn)入Condition的等待池等待通知奖慌，并釋放鎖抛虫。
使用前線程必須已獲得鎖定，否則將拋出異常简僧。
notify(): 調(diào)用這個(gè)方法將從等待池挑選一個(gè)線程并通知建椰，收到通知的線程將自動(dòng)調(diào)用
acquire()嘗試獲得鎖定（進(jìn)入鎖定池）；其他線程仍然在等待池中岛马。調(diào)用這個(gè)方法不會(huì)
釋放鎖定棉姐。使用前線程必須已獲得鎖定，否則將拋出異常啦逆。
notifyAll(): 調(diào)用這個(gè)方法將通知等待池中所有的線程伞矩，這些線程都將進(jìn)入鎖定池
嘗試獲得鎖定。調(diào)用這個(gè)方法不會(huì)釋放鎖定夏志。使用前線程必須已獲得鎖定乃坤，否則將拋出異常。
主要使用方法和前面自己實(shí)現(xiàn)的差不多沟蔑，主要調(diào)用wait和notify方法湿诊，將上面的方法改寫為使用條件變量：
import threading
class XiaoAi(threading.Thread):
def __init__(self, cond):
super().__init__(name="小愛")
self.cond = cond
def run(self):
self.cond.acquire()
self.cond.wait()
print("{} : 在".format(self.name))
self.cond.notify()
self.cond.wait()
print("{} : 好啊".format(self.name))
self.cond.notify()
self.cond.wait()
print("{} : 不聊了，再見".format(self.name))
self.cond.notify()
self.cond.release()
class TianMao(threading.Thread):
def __init__(self, cond):
super().__init__(name="天貓精靈")
self.cond = cond
def run(self):
self.cond.acquire()
print("{} : 小愛同學(xué)".format(self.name))
self.cond.notify()
self.cond.wait()
print("{} : 我們來對(duì)古詩(shī)吧".format(self.name))
self.cond.notify()
self.cond.wait()
print("{} : 我住長(zhǎng)江頭".format(self.name))
self.cond.notify()
self.cond.wait()
self.cond.release()
if __name__ == "__main__":
cond = threading.Condition()
xiaoai = XiaoAi(cond)
tianmao = TianMao(cond)
tianmao.start()
xiaoai.start()
# 執(zhí)行結(jié)果
# 天貓精靈 : 小愛同學(xué)
運(yùn)行之后會(huì)發(fā)現(xiàn)天貓精靈說出了“小愛同學(xué)”之后就沒有了響應(yīng)瘦材，這就是在使用條件變量的時(shí)候需要注意的點(diǎn)厅须。仔細(xì)觀察主函數(shù)中的線程啟動(dòng)順序，tianmao先啟動(dòng)了食棕，假設(shè)tianmao已經(jīng)啟動(dòng)完成九杂，并打印了“小愛同學(xué)”，執(zhí)行notify之后宣蠕，xiaoai才剛剛啟動(dòng)，成功執(zhí)行完self.cond.acquire()之后甥捺，開始執(zhí)行wait語(yǔ)句抢蚀，但此時(shí)會(huì)陷入死循環(huán)！原因是 wait()只能被notify()喚醒镰禾，而notify()已經(jīng)被另一個(gè)線程執(zhí)行過了皿曲，注意：只能是一個(gè)線程執(zhí)行過了wait()唱逢，在被阻塞過程中，另一個(gè)線程執(zhí)行了notify()才可以屋休。不然就像上面一下陷入死循環(huán)坞古。因此，需要將上面的main方法改寫：
if __name__ == "__main__":
cond = threading.Condition()
xiaoai = XiaoAi(cond)
tianmao = TianMao(cond)
# 啟動(dòng)順序很重要
xiaoai.start()
tianmao.start()
# 執(zhí)行結(jié)果
# 天貓精靈 : 小愛同學(xué)
# 小愛 : 在
# 天貓精靈 : 我們來對(duì)古詩(shī)吧
# 小愛 : 好啊
# 天貓精靈 : 我住長(zhǎng)江頭
# 小愛 : 不聊了劫樟，再見
可以看到痪枫，改完啟動(dòng)順序運(yùn)行結(jié)果對(duì)了，其實(shí)這樣并不能完全保證xiaoai會(huì)先啟動(dòng)叠艳，如果xiaoai的run方法中有個(gè)1s延時(shí)奶陈，就算先執(zhí)行xiaoai.start()，tianmao也會(huì)先執(zhí)行notify()附较，具體這種情況下應(yīng)該怎么辦吃粒，暫時(shí)還不清楚。拒课。徐勃。
源碼分析
大致實(shí)現(xiàn)思路描述：Codition有兩層鎖，一把底層鎖會(huì)在進(jìn)入wait方法的時(shí)候釋放早像，離開wait方法的時(shí)候再次獲取僻肖，上層鎖會(huì)在每次調(diào)用wait時(shí)分配一個(gè)新的鎖，并放入condition的等待隊(duì)列中扎酷，而notify負(fù)責(zé)釋放這個(gè)鎖檐涝。可能理解起來不是很直觀法挨，直接看源碼：
init方法
先看源碼Condition類的說明谁榜，這是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了條件變量的類，允許一個(gè)或多個(gè)線程等待其他線程的通知凡纳。在__init__方法中窃植，有一個(gè)參數(shù)lock，默認(rèn)為None荐糜。有兩種用法：
- 如果
lock是非None巷怜，也就是說用戶想自己設(shè)置參數(shù)，必須傳遞Lock或RLock對(duì)象暴氏。 - 如果
lock是None延塑，__init__方法中默認(rèn)使用可重入鎖RLock。
這個(gè)lock作為底層維護(hù)的鎖 underlying lock答渔，條件變量實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵关带。
__init__函數(shù)中另一個(gè)比較重要的步驟是，建立了一個(gè)雙端隊(duì)列沼撕，存儲(chǔ)所有在等待中的鎖宋雏，self._waiters = _deque()
wait方法
這里有一個(gè)疑惑芜飘，第二次的waiter.acquire()沒有找到對(duì)應(yīng)的release方法？雖然感覺不會(huì)影響結(jié)果磨总，一種可能是在從隊(duì)列中移除這個(gè)鎖的時(shí)候嘗試了釋放這個(gè)鎖嗦明。
notify方法
簡(jiǎn)單總結(jié)，A線程阻塞在wait方法時(shí)蚪燕，只有B線程執(zhí)行了notify和wait的時(shí)候（也有可能B線程執(zhí)行了notify娶牌，而C線程執(zhí)行了wait），A線程的wait方法才能執(zhí)行完畢邻薯，而此時(shí)B線程會(huì)阻塞在wait方法中裙戏。
總結(jié)
- 條件變量提供了對(duì)復(fù)雜線程同步問題的支持。
- 條件變量也是使用互斥鎖實(shí)現(xiàn)的厕诡，主要是兩層鎖結(jié)構(gòu)累榜。
