面试题：Python多线程环境下安全修改字典值的实现

Question

在一个多线程环境中，有多个线程可能同时尝试修改同一个字典的值，例如 `shared_dict = {'count': 0}`。请设计一个方案来安全地修改 `count` 的值，防止数据竞争，并使用Python代码实现。解释所用到的同步机制及其原理。

Answer 1

使用threading.Lock实现安全修改

import threading

shared_dict = {'count': 0}
lock = threading.Lock()


def increment():
    global shared_dict
    with lock:
        shared_dict['count'] += 1


threads = []
for _ in range(10):
    t = threading.Thread(target=increment)
    threads.append(t)
    t.start()

for t in threads:
    t.join()

print(shared_dict['count'])

同步机制及其原理

1. threading.Lock：这是Python threading模块提供的一种基本的同步原语。
   • 原理：Lock有两种状态，锁定（locked）和未锁定（unlocked）。当一个线程获取到锁（调用lock.acquire()）时，锁的状态变为锁定，其他线程在尝试获取锁时会被阻塞，直到该锁被释放（调用lock.release()）。with lock:语句是一种更简洁的使用方式，它会自动在代码块开始时获取锁，在代码块结束时释放锁。这样可以确保在任何时刻，只有一个线程能够进入临界区（这里是修改shared_dict['count']的代码块），从而避免数据竞争。

在上述代码中，increment函数每次执行shared_dict['count'] += 1操作前，先获取锁，操作完成后释放锁，这样就保证了多个线程对shared_dict['count']的修改是安全的。