变量交换在Python中是否保证是原子的？

Question

根据以下链接的内容：http://docs.python.org/faq/library.html#what-kinds-of-global-value-mutation-are-thread-safe

我想知道下面这段代码：

(x, y) = (y, x)

在cPython中是否会被保证是原子操作。（x和y都是Python变量）

Answer 1

是的，确实会。

我错了。

Kragen Sitaker 写道：

有人建议使用这个方法

spam, eggs = eggs, spam

来实现线程安全的交换。这真的有效吗？(...)
如果这个线程在第一次加载和最后一次存储之间失去控制，
另一个线程可能会把一个值存储到“b”中，
这样这个值就会丢失。
这不是说没有什么能阻止这种情况发生，对吧？

没错。一般来说，甚至简单的赋值操作也不一定是线程安全的，因为执行赋值可能会调用对象上的特殊方法，而这些方法本身可能需要进行多个操作。希望这个对象会在内部锁定它的“状态”值，但这并不总是如此。

不过，线程安全的具体含义取决于特定的应用，因为在我看来，线程安全有很多不同的层次，所以很难简单地谈论“线程安全”。Python解释器能给你提供的唯一保障是，内置数据类型应该能够避免内部损坏，即使在使用原生线程的情况下。换句话说，如果两个线程分别有 a=0xff 和 a=0xff00，那么最终的a会是其中一个值，而不会意外变成 0xffff，这在某些其他语言中如果没有保护可能会发生。

话虽如此，Python的执行方式通常允许你在不进行正式锁定的情况下做很多事情，只要你愿意冒点风险，并且对实际使用的对象有隐含的依赖关系。之前在c.l.p有过不错的讨论——可以在groups.google.com上搜索“关键区和互斥锁”这个话题。

就我个人而言，我会明确锁定共享状态（或者使用专门设计用于在线程之间正确交换共享信息的结构，比如 Queue.Queue）在任何多线程应用中。对我来说，这是对未来维护和演变的最佳保护。

-- -- David

Answer 2

我们来看看：

>>> x = 1
>>> y = 2
>>> def swap_xy():
...   global x, y
...   (x, y) = (y, x)
... 
>>> dis.dis(swap_xy)
  3           0 LOAD_GLOBAL              0 (y)
              3 LOAD_GLOBAL              1 (x)
              6 ROT_TWO             
              7 STORE_GLOBAL             1 (x)
             10 STORE_GLOBAL             0 (y)
             13 LOAD_CONST               0 (None)
             16 RETURN_VALUE    

看起来它们并不是原子操作：在LOAD_GLOBAL字节码之间，x和y的值可能会被其他线程修改，无论是在ROT_TWO之前还是之后，以及在STORE_GLOBAL字节码之间。

如果你想要原子性地交换两个变量，你需要使用锁或者互斥量。

对于那些想要实证的人：

>>> def swap_xy_repeatedly():
...   while 1:
...     swap_xy()
...     if x == y:
...       # If all swaps are atomic, there will never be a time when x == y.
...       # (of course, this depends on "if x == y" being atomic, which it isn't;
...       #  but if "if x == y" isn't atomic, what hope have we for the more complex
...       #  "x, y = y, x"?)
...       print 'non-atomic swap detected'
...       break
... 
>>> t1 = threading.Thread(target=swap_xy_repeatedly)
>>> t2 = threading.Thread(target=swap_xy_repeatedly)
>>> t1.start()
>>> t2.start()
>>> non-atomic swap detected