В книге The Little Book of Semaphores автор рассматривает задачу, которая называется Exclusive queue: нужно написать многопоточную программу без активного ожидания, использующую семафоры, которая эмулирует поведение танцоров. Есть два вида танцоров — ведущие и ведомые, которые должны танцевать в паре, то есть ведущий должен дождаться, пока появится ведомый и наоборот. Каждый танцор соответствует потоку, танец соответствует вызову функции dance()
. Решение автора:
leaders = followers = 0
mutex = Semaphore(1)
leaderQueue = Semaphore(0)
followerQueue = Semaphore(0)
rendezvous = Semaphore(0)
def leader_thread():
mutex.wait()
if followers > 0:
followers--
followerQueue.signal()
else:
leaders++
mutex.signal()
leaderQueue.wait()
dance()
rendezvous.wait()
mutex.signal()
def follower_thread():
mutex.wait()
if leaders > 0:
leaders--
leaderQueue.signal()
else:
followers++
mutex.signal()
followerQueue.wait()
dance()
rendezvous.signal()
Операции wait
и signal
в других реализациях могут называться P
и V
, acquire
и release
.
На мой взгляд, существует гораздо более простое решение:
leader_mutex=Semaphore(1)
follower_mutex=Semaphore(1)
leader_rendezvous=Semaphore(0)
follower_rendezvous=Semaphore(0)
def leader_thread():
leader_mutex.wait()
leader_rendezvous.signal()
follower_rendezvous.wait()
dance()
leader_mutex.signal()
def follower_thread():
follower_mutex.wait()
follower_rendezvous.signal()
leader_rendezvous.wait()
dance()
follower_mutex.signal()
Поскольку решение довольно очевидное, мне кажется, что его простота компенсируется какими-либо недостатками, например, ошибками или малой производительностью. Есть ли недостатки на самом деле и если да, то какие?
Я даже написал работающую программу на Python 3, правда, ошибок она не выдаёт.
import threading
import time
import random
import sys
error=False
counter=0
counter_mutex=threading.Semaphore(1)
lead_mutex=threading.Semaphore(1)
foll_mutex=threading.Semaphore(1)
lead_rv=threading.Semaphore(0)
foll_rv=threading.Semaphore(0)
def leader(index):
print("Leader started %d" % (index))
lead_mutex.acquire()
time.sleep(random.uniform(0, 0.1))
lead_rv.release()
time.sleep(random.uniform(0, 0.1))
foll_rv.acquire()
counter_mutex.acquire()
global counter, error
counter+=1
print("Dancing leader %d %d" % (index, counter))
if(counter>1 or counter<-1):
print("ERROR!");
error=True
exit(1)
counter_mutex.release()
time.sleep(random.uniform(0, 0.1))
lead_mutex.release()
print("Leader ended %d" % (index))
def follower(index):
print("Follower started %d" % (index))
foll_mutex.acquire()
time.sleep(random.uniform(0, 0.1))
foll_rv.release()
time.sleep(random.uniform(0, 0.1))
lead_rv.acquire()
counter_mutex.acquire()
global counter, error
counter-=1
print("Dancing follower %d %d" % (index, counter))
if(counter>1 or counter<-1):
print("ERROR!");
error=True
exit(1)
counter_mutex.release()
time.sleep(random.uniform(0, 0.1))
foll_mutex.release()
print("Follower ended %d" % (index))
random.seed()
for i in range(0,50000):
if(error):
break
rand_val=random.randint(0, 4)
if(rand_val == 0):
t=threading.Thread(target=leader, args=(i,))
t.daemon=True
t.start()
elif(rand_val == 1 or rand_val == 3):
t=threading.Thread(target=follower, args=(i,))
t.daemon=True
t.start()
time.sleep(random.uniform(0,0.2))
print("End: %d" % (error) )