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python - 为什么 Python threading.Condition() notify() 需要锁？

coder 2023-05-24 原文

由于不必要的性能影响，我的问题特别提到了为什么要这样设计。

当线程 T1 有这个代码时:

cv.acquire()
cv.wait()
cv.release()

线程 T2 有这个代码:

cv.acquire()
cv.notify()  # requires that lock be held
cv.release()

发生的情况是 T1 等待并释放锁，然后 T2 获取它，通知 cv 唤醒 T1。现在，在 T2 的释放和 T1 从 wait() 返回后重新获取之间存在竞争条件。如果 T1 先尝试重新获取，它将不必要地重新挂起，直到 T2 的 release() 完成。

注意:我故意不使用 with 语句，以便通过显式调用更好地说明比赛。

这似乎是一个设计缺陷。是否有任何已知的理由，或者我错过了什么？

最佳答案

这不是一个确定的答案，但它应该涵盖我设法收集的有关此问题的相关详细信息。

首先，Python 的 threading implementation is based on Java's . Java 的 Condition.signal() 文档内容如下:

An implementation may (and typically does) require that the current thread hold the lock associated with this Condition when this method is called.

现在，问题是为什么在 Python 中强制这种行为。但首先我想介绍每种方法的优缺点。

至于为什么有些人认为持有锁通常更好，我发现了两个主要论点:

  1. 从服务员 acquire() 获得锁的那一刻起——也就是说，在 wait() 上释放它之前——保证会收到通知信号。如果相应的 release() 发生在发信号之前，这将允许序列(其中 P=Producer 和 C=Consumer) P:释放()； C:获取()； P:通知()； C:wait() 这种情况下，同一流程的acquire()对应的wait()会漏掉信号。在某些情况下这并不重要(甚至可以被认为更准确)，但在某些情况下这是不可取的。这是一个论点。

  2. 当你在锁之外notify()，这可能会导致调度优先级倒置；也就是说，低优先级的线程可能最终会优先于高优先级的线程。考虑一个有一个生产者和两个消费者(LC=低优先级消费者和HC=高优先级消费者)的工作队列，其中LC是当前正在执行一个工作项，并且 HC 在 wait() 中被阻止。

可能会出现以下顺序:

P                    LC                    HC
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
                     execute(item)                   (in wait())
lock()                                  
wq.push(item)
release()
                     acquire()
                     item = wq.pop()
                     release();
notify()
                                                     (wake-up)
                                                     while (wq.empty())
                                                       wait();

而如果 notify() 发生在 release() 之前，LC 将无法 acquire() 在 HC 被唤醒之前。这是发生优先级反转的地方。这是第二个论点。

支持在锁外通知的论点是高性能线程，其中线程不需要回到 sleep 状态，只是为了在它获得的下一个时间片再次唤醒——这已经解释了它是如何实现的可能发生在我的问题中。

Python 的 threading 模块

正如我所说，在 Python 中，您必须在通知时持有锁。具有讽刺意味的是，内部实现不允许底层操作系统避免优先级反转，因为它对服务员强制执行 FIFO 顺序。当然，服务员的顺序是确定性的这一事实可能会派上用场，但问题仍然是，当有人认为区分锁和条件变量会更精确时，为什么要执行这样的事情，因为在一些需要优化并发和最小阻塞的流，acquire() 不应该自己注册前面的等待状态，而只有 wait() 调用自己。

可以说，Python 程序员无论如何都不会关心性能到这种程度——尽管这仍然不能回答为什么在实现标准库时，不应允许多种标准行为成为可能。

还有一点要说的是，threading 模块的开发人员可能出于某种原因特别想要一个 FIFO 顺序，并发现这是实现它的最佳方式，并且希望以牺牲其他(可能更普遍的)方法为代价将其确定为 Condition。为此，他们应该得到怀疑的好处，直到他们自己可以解释。

关于python - 为什么 Python threading.Condition() notify() 需要锁？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/46076186/

Conditionthreadingcodesection的pythonmultithreadingpython-3.xrace-conditioncondition-variable

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