面试题：Python多进程应用之高级难度：多进程资源竞争处理

Question

在一个Python多进程项目中，多个进程需要同时访问和修改一个共享资源（比如一个文件）。请使用`multiprocessing`模块设计一个方案，避免资源竞争导致的数据不一致问题，同时要保证程序的高效运行。请描述设计思路并给出关键代码示例。

Answer 1

设计思路

1. 使用锁（Lock）机制：在multiprocessing模块中，Lock对象可以用来确保在同一时间只有一个进程能够访问共享资源。当一个进程获取到锁后，其他进程必须等待锁被释放才能访问共享资源，这样就能避免资源竞争。
2. 文件操作封装：将对共享文件的操作封装在一个函数中，在函数内部获取锁，完成文件操作后再释放锁，确保文件操作的原子性。
3. 高效运行考虑：为了保证高效运行，尽量减少锁的持有时间，即文件操作尽可能简洁高效，避免在持有锁的情况下进行大量无关计算。

关键代码示例

import multiprocessing


def write_to_file(lock, file_path, content):
    with lock:
        with open(file_path, 'a') as f:
            f.write(content + '\n')


if __name__ == '__main__':
    lock = multiprocessing.Lock()
    file_path ='shared_file.txt'
    processes = []
    contents = ['line1', 'line2', 'line3']
    for content in contents:
        p = multiprocessing.Process(target=write_to_file, args=(lock, file_path, content))
        processes.append(p)
        p.start()

    for p in processes:
        p.join()

在上述代码中：

1. write_to_file函数接受锁对象、文件路径和要写入的内容作为参数。
2. with lock语句获取锁，确保同一时间只有一个进程能进入with块进行文件写入操作。
3. with open(file_path, 'a') as f以追加模式打开文件并写入内容。
4. 在if __name__ == '__main__':块中，创建锁对象和进程列表，为每个要写入的内容创建一个进程并启动，最后等待所有进程执行完毕。