python多线程下数据安全问题

几个问题

1、python多线程下，局部变量、全局变量都有安全风险吗？

一个线程的局部变量只有线程自己能看见，不会影响其他线程。而全局变量是所有线程共享的，修改时要注意线程安全问题。

2、如果全局变量不直接写在文件，而是写在文件的类里，还有风险么？

在多线程安全问题上，类内的方法和类外的函数并没有本质的区别。线程安全问题主要出现在多个线程同时访问和修改同一份数据时，可能会导致数据的不一致或者其他预期之外的结果。

• 【线程安全】：如果一个 “类内”的方法 或 “类外”的函数 访问和修改的都是局部变量，那么它们在多线程环境下都是线程安全的。因为每个线程都有自己的执行环境，局部变量存储在这个执行环境中，因此各个线程之间的局部变量是互不干扰的。
• 【线程风险】：如果一个 “类内”的方法 访问和修改的是实例变量，那么这个方法在多线程环境下可能是不安全的，因为实例变量是在堆内存中存储的，是可以被多个线程共享的。

案例：

def processing_data(task_id, collection_name):
    '''
        写在类外面，多线程下，每个线程独立拥有该方法，所以是线程安全。
    :param task_id:
    :param collection_name:
    :return:
    '''
    print(task_id + collection_name)
    if collection_name == "a":
        time.sleep(10)
    print(task_id + collection_name)


class LabelService:

    def create_thread(self, task_id, collection_name_list):
        """
        :param task_id: 任务id
        :param collection_name_list: 集合名称列表
        """
        # 多线程处理数据
        for collection_name in collection_name_list:
            # 创建线程
            thread_processing_data = threading.Thread(
                # target=self.processing_data1,  # todo 方法内的变量是实例变量，调用同一实例的同一方法，方法内的变量会被多线程篡改，不安全！
                target=LabelService().processing_data1,  # todo 方法内的变量是实例变量，调用不同实例的同一方法，不同实例间相互隔离，线程安全~
                # target=self.processing_data2,  # todo 方法内的变量是局部变量，多个线程同时调用同一实例的同一方法，该方法内的局部变量也是相互隔离的，线程安全~
                # target=self.processing_data3,  # todo 函数内的变量是局部变量，多个线程同时调用同一类外函数，该函数内的局部变量也是相互隔离的，线程安全~
                args=(task_id, collection_name))
            thread_processing_data.name = task_id + "data_push_" + collection_name
            # 启动线程
            thread_processing_data.start()
            print("创建线程：[" + thread_processing_data.name + "]" + str(thread_processing_data.is_alive()))

    def processing_data2(self, task_id, collection_name):
        print(task_id + collection_name)
        if collection_name == "a":
            time.sleep(10)
        print(task_id + collection_name)

    def processing_data1(self, task_id, collection_name):
        self.task_id = task_id
        self.collection_name = collection_name
        print(self.task_id + self.collection_name)
        if collection_name == "a":
            time.sleep(10)
        print(self.task_id + self.collection_name)

LabelService().create_thread("qqqqqqqqqqqqqq", ["a", "b"])

3、锁和threadlocal哪个好？

锁和threadLocal的适用场景不同。

作用对象：全局变量
适用场景：

• 锁：某个变量需要被多个线程共享他的最新值，就要用锁来限制多线程间的动作。
• threadLocal：某个变量需要在每个线程里各自维护一份不同的数据。

（1）举例：

比如一个班级（某web项目）里有30个学生（并发执行30个线程），那“班级名”在全班都是公开的，“家庭住址”是需要每个学生时刻记住的（比如：回家、填报个人信息等动作中都要用到）。所以“班级名”、“家庭住址”都是全局变量，只不过前者value是整个web共享，后者value是每个线程各自维护一份、并且在各自存活过程中一直存在。
如果班级名改了，那班里30人的班级名都跟着变；
如果某个学生的“家庭住址”改了，不会影响其他学生，也不用通知其他学生。
所以：

• “班级名”的修改需要加锁，这样就不会部分同学知道班级改名了，部分同学不知道，当别人问你们是哪个班时，就不会出现多个答案冲突的情况。
• “家庭住址”可以放到threadLocal中，只用修改threadLocal中的该变量即可。

（2）案例

① ThreadLocal

【反例】全局变量：多线程下不安全

import time, threading
balance = 0

def change_it(n):
    global balance
    balance = balance + n
    print(threading.current_thread().name, " +++++:", str(balance))
    balance = balance - n
    print(threading.current_thread().name, "-----:", str(balance))

def run_thread(n):
    for i in range(100):
        change_it(n)

t1 = threading.Thread(target = run_thread , args = (5,))
t2 = threading.Thread(target = run_thread ,args = (8,))
t1.start()
t2.start()

'''
thread.join()方法的作用是阻塞“执行xx.join()”这行代码的线程：在这里就是主线程（如果实在t2线程执行这行代码，就是t2要等待t1执行完），使主线程在该方法被调用的子线程结束之前等待。
t1.join()使主线程等待t1线程结束，t2.join()使主线程等待t2线程结束。
如果你不写thread.join()，那么主线程和子线程将会并发执行，也就是说，主线程不会等待子线程结束就会继续执行。这种情况下，主线程可能在子线程之前就结束，此时子线程可能还没有执行完。这种情况下，由于主线程（执行`print(balance)）已经结束，程序也就结束了，因此你可能看不到子线程的执行结果。
'''
t1.join()
t2.join()
print(balance)

【正例】全局变量：使用threadLocal

import threading
import time

def set_telephone(telephone):
    local.telephone = telephone
    print(threading.current_thread().name + " 放入的手机是", local.telephone + "\n")
    time.sleep(1)
    get_telephone()

def get_telephone():
    print(threading.current_thread().name + " 取出的手机是", local.telephone + "\n")

if __name__ == '__main__':
    local = threading.local()
    for i in range(3):
        thread = threading.Thread(target=set_telephone, name='学生' + str(i), args=('手机' + str(i),))
        thread.start()

② 锁

python多线程中的锁你知道几种？
对死锁的理解
死锁核心思想

【反例】死锁

死锁的条件：

（1）同时存在两把锁
（2）锁的获取是异步的
（3）一个线程 抢到一把锁之后还要去抢第二把锁
（4）一个线程抢到一把锁，另一个线程抢到另一把锁

###### 死锁现象

import time
from threading import Thread, Lock

noodle_lock = Lock()  # 面锁
fork_lock = Lock()  # 叉子锁


def eat1(name):
    noodle_lock.acquire()
    print('%s拿到面条了' % name)
    fork_lock.acquire()
    print('%s拿到叉子了' % name)

    print('%s吃面' % name)
    time.sleep(3)

    fork_lock.release()
    print('%s放下叉子' % name)
    noodle_lock.release()
    print('%s放下面' % name)


def eat2(name):
    fork_lock.acquire()
    print('%s拿到叉子了' % name)
    noodle_lock.acquire()
    print('%s拿到面条了' % name)

    print('%s吃面' % name)
    time.sleep(3)

    noodle_lock.release()
    print('%s放下面' % name)
    fork_lock.release()
    print('%s放下叉子' % name)


if __name__ == '__main__':
    name_list1 = ['zhangsan', 'lisi']
    name_list2 = ['wangwu', 'zhaoliu']

    for name in name_list1:
        Thread(target=eat1, args=(name,)).start()
    for name in name_list2:
        Thread(target=eat2, args=(name,)).start()

本例中，可能会出现：线程 lisi 先调用eat1()拿到了noodle_lock， 同时 线程wangwu 调用eat2()拿到了fork_lock。
随后，在 线程 lisi 希望拿到 fork_lock才会释放noodle_lock，线程wangwu 希望拿到 noodle_lock才会释放fork_lock。大家互不相让，形成死锁。

【正例】可重入锁（递归锁）

改造：使用 可重入锁（递归锁）解决死锁问题。
可重入锁，是一种特殊的线程锁，允许同一个线程在没有释放自己已经获得的锁的情况下，再次获得自己已经获得的那个锁。

全局只有一把锁 ，而且是可重入锁（递归锁）！
这时如果一个线程获取了锁，另一个线程就被阻塞，直到对方释放锁。

import time
from threading import Thread, Lock, RLock

fork_lock = noodle_lock = RLock()

def eat1(name):
    noodle_lock.acquire()
    print('%s拿到面条了' % name)
    fork_lock.acquire()
    print('%s拿到叉子了' % name)

    print('%s吃面' % name)
    time.sleep(3)

    fork_lock.release()
    print('%s放下叉子' % name)
    noodle_lock.release()
    print('%s放下面' % name)


def eat2(name):
    fork_lock.acquire()
    print('%s拿到叉子了' % name)
    noodle_lock.acquire()
    print('%s拿到面条了' % name)

    print('%s吃面' % name)
    time.sleep(3)

    noodle_lock.release()
    print('%s放下面' % name)
    fork_lock.release()
    print('%s放下叉子' % name)


if __name__ == '__main__':
    name_list1 = ['AA', 'BB', 'CC']
    name_list2 = ['大锤', '茉莉', "云朵"]

    for name in name_list1:
        Thread(target=eat1, args=(name, )).start()
    for name in name_list2:
        Thread(target=eat2, args=(name, )).start()