Python 3.10中RLock无工作负载时多线程可获取锁的异常问询

在Python 3.10环境下，RLock（可重入锁）是线程感知锁，同一时间仅允许一个线程持有锁。但测试发现：3个线程无工作负载时，多个线程似乎能依次获取同一RLock，不符合预期；添加time.sleep模拟工作负载后，RLock正常生效，仅一个线程能获取锁并阻塞其他线程。这是Bug还是操作有误？

异常行为代码及输出 #

import threading 

lock = threading.RLock()

def th(name):
    print(f"{name} tread started")
    
    lock.acquire()
    
    print(f"{name} tread end")

th1 = threading.Thread(target=th, args=[1])
th2 = threading.Thread(target=th, args=[2])
th3 = threading.Thread(target=th, args=[3])

th1.start()
th2.start()
th3.start()

输出：

1 tread started
1 tread end
2 tread started
2 tread end
3 tread started
3 tread end

预期行为代码及输出 #

import threading 
import time

lock = threading.RLock()

def th(name):
    print(f"{name} tread started")
    
    lock.acquire()
    time.sleep(0.1)       # 模拟工作负载

    print(f"{name} tread end")

th1 = threading.Thread(target=th, args=[1])
th2 = threading.Thread(target=th, args=[2])
th3 = threading.Thread(target=th, args=[3])

th1.start()
th2.start()
th3.start()

输出：

1 tread started
2 tread started
3 tread started
1 tread end

问题解析 #

这既不是Bug，也不是操作有误，而是线程调度与锁自动释放的机制导致的：

1. 锁的显式释放缺失：两个示例的代码都没有在lock.acquire()后调用lock.release()，但Python线程在退出时，会自动释放该线程持有的所有锁资源。
2. 无负载时的线程调度：第一个示例中，线程执行速度极快，线程1在获取锁后，几乎瞬间就完成了后续代码并退出，锁被自动释放。此时线程2才被调度执行，自然能顺利获取锁，重复此过程就出现了依次执行的现象。
3. 有负载时的阻塞效果：第二个示例中，time.sleep(0.1)让线程1持有锁的时间大幅延长。在这段时间内，线程2、3被调度执行，尝试获取锁时会被RLock阻塞，直到线程1执行完sleep并退出、锁被释放后，其他线程才能继续。

正确的锁使用方式 #

为了避免这种依赖线程退出的隐式锁释放，应该始终显式释放锁，推荐使用with上下文管理器，它会自动处理锁的获取与释放，即使发生异常也能保证锁被正确释放：

import threading 

lock = threading.RLock()

def th(name):
    print(f"{name} tread started")
    
    with lock:
        # 这里执行需要加锁的逻辑
        print(f"{name} is holding the lock")
    
    print(f"{name} tread end")

# 线程创建与启动逻辑不变

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pall Arpad