面试题：Python文件写入复杂错误处理与性能

Question

在多线程环境下进行文件写入操作，由于竞争条件可能导致写入错误。请阐述如何使用锁机制和错误处理机制来确保文件写入的原子性和正确性，同时尽量减少锁带来的性能损耗。请给出详细的设计思路，并结合Python代码示例说明（可以使用`threading`模块）。

Answer 1

设计思路

1. 锁机制：使用锁（如threading.Lock）来确保在同一时间只有一个线程可以进行文件写入操作，从而保证写入的原子性。
2. 错误处理机制：在文件写入操作时，使用try - except语句捕获可能出现的异常，如文件不存在、权限不足等，确保写入的正确性。
3. 减少锁带来的性能损耗：尽量缩短持有锁的时间，只在实际进行文件写入操作时加锁，避免在其他无关操作上持有锁。

Python代码示例

import threading

# 创建一个锁对象
file_lock = threading.Lock()


def write_to_file(file_path, content):
    try:
        # 获取锁
        file_lock.acquire()
        with open(file_path, 'a') as file:
            file.write(content + '\n')
    except Exception as e:
        print(f"写入文件时发生错误: {e}")
    finally:
        # 释放锁
        file_lock.release()


# 模拟多线程写入
threads = []
file_path = 'test.txt'
contents = ["line1", "line2", "line3"]
for content in contents:
    thread = threading.Thread(target=write_to_file, args=(file_path, content))
    threads.append(thread)
    thread.start()

for thread in threads:
    thread.join()

在上述代码中：

1. file_lock是一个threading.Lock对象，用于控制对文件的访问。
2. write_to_file函数负责写入文件。在函数内部，首先使用file_lock.acquire()获取锁，确保同一时间只有一个线程能进入文件写入部分。
3. 使用try - except块捕获可能的异常。
4. 最后，无论是否发生异常，都使用file_lock.release()释放锁，保证锁一定会被释放，避免死锁。
5. 通过创建多个线程并启动，模拟多线程环境下的文件写入操作。每个线程调用write_to_file函数进行文件写入。