面试题：网络编程里Condition在复杂后端系统线程通信的考量

Question

在一个高并发的后端网络服务中，涉及多个线程对共享资源的读写操作。请详细阐述如何使用Condition来控制线程间的协作，避免资源竞争和死锁。同时，说明在这种场景下，Condition与Event相比，有哪些优势和适用场景。

Answer 1

使用Condition控制线程协作避免资源竞争和死锁

1. 资源竞争与死锁问题：在高并发后端网络服务中，多个线程对共享资源进行读写操作时，可能出现资源竞争，比如多个线程同时写导致数据不一致；死锁则可能由于线程互相等待对方释放资源而发生。
2. Condition基本原理：Condition是基于锁（Lock）实现的，通过允许线程等待特定条件满足后再执行，来协调线程间的操作。
3. 使用步骤
   • 创建锁和Condition对象：

import threading

lock = threading.Lock()
condition = threading.Condition(lock)

- **线程读操作示例**：

def read_data():
    with lock:
        while not data_available:  # data_available 是共享资源是否可用的标志
            condition.wait()  # 等待条件满足，线程进入等待状态并释放锁
        # 此时共享资源可用，进行读操作
        data = shared_resource

- **线程写操作示例**：

def write_data(new_data):
    with lock:
        # 修改共享资源
        shared_resource = new_data
        data_available = True
        condition.notify_all()  # 通知所有等待的线程，共享资源已更新

4. 避免死锁：
   • 所有线程获取锁和Condition的顺序要一致。例如，在上述代码中，无论是读线程还是写线程，都先通过 with lock 获取锁，再使用Condition相关操作。
   • 避免嵌套锁，尽量简化锁的层次结构。如果确实需要嵌套锁，要确保获取锁的顺序是可预测的。

Condition与Event对比

1. 优势
   • 更细粒度控制：Condition基于锁，可以在持有锁的情况下进行等待和唤醒操作，能够针对不同条件进行更细粒度的线程控制。而Event是一种简单的通知机制，所有等待该Event的线程会同时被唤醒，无法区分不同条件。
   • 灵活的唤醒策略：Condition可以使用 notify() 唤醒单个等待线程，notify_all() 唤醒所有等待线程，根据具体业务需求选择合适策略。Event只能唤醒所有等待线程。
2. 适用场景
   • Condition适用场景：适用于复杂业务逻辑，多个线程需要基于不同条件进行协作的场景，如生产者 - 消费者模型中，消费者线程可能因为不同产品类型等待，生产者根据不同产品生产完成后通知对应的消费者。
   • Event适用场景：适用于简单场景，只需简单通知所有线程某个事件发生，无需区分条件，如服务器启动完成后通知所有等待初始化完成的线程开始工作。