Python模块中多线程调用worker()函数是否线程安全？

我在Python模块里写了类似这样的代码：

_x = None 
def set_x(): 
    global _x 
    _x = # some value (will always be the same) 
def worker(): 
    if _x is None: 
        set_x() 

模块的客户端会创建多个线程调用worker()，想请教下这种写法线程安全吗？

补充几个背景信息：

• _x在模块其他地方都是只读使用，一旦设置完成就不会再修改
• 我知道可以把_x封装到类里，让线程在栈上创建实例来实现线程安全，但现在基于类的方案不可行（比如模块是单例模式，set_x()的执行成本很高，我希望尽可能少地触发这个初始化操作）

答案：这种实现并不线程安全 #

问题出在哪？ #

这是典型的「检查-然后-执行」竞态条件：

• 假设有两个线程几乎同时进入worker()，它们都会检测到_x is None
• 结果就是两个线程都会调用set_x()——哪怕最终_x的值是一样的，但你原本希望这个高成本的初始化只执行一次，现在却被重复触发了
• 退一步说，就算set_x()只是简单的赋值（Python的全局变量赋值是原子操作），重复执行也会浪费资源；如果set_x()里还有其他非原子的逻辑（比如读取配置文件、调用外部接口），那还可能引发更复杂的线程安全问题

怎么修复？ #

给初始化过程加个锁就行，用Python的threading.Lock就能解决。这里推荐双重检查锁定的写法，既能保证线程安全，又能避免每次调用worker()都加锁的性能损耗：

修改后的代码示例：

import threading

_x = None
# 初始化锁，模块级别的锁所有线程共享
_x_init_lock = threading.Lock()

def set_x():
    global _x
    _x = # 你的初始化值（始终不变）

def worker():
    global _x
    # 第一次检查：如果已经初始化过，直接跳过锁逻辑
    if _x is None:
        with _x_init_lock:
            # 第二次检查：等待锁的过程中，可能其他线程已经完成了初始化
            if _x is None:
                set_x()

这种写法的好处是：只有第一次初始化的时候会用到锁，之后_x已经有值，所有线程都会直接跳过锁的逻辑，性能影响极小。

额外小提示 #

• 如果你的Python版本是3.9+，其实functools.lru_cache(maxsize=None)可以把set_x()变成一个只执行一次的函数，但要注意如果set_x()有副作用，这种方式的线程安全依赖Python版本；相比之下，手动加锁的方式更透明、更稳妥
• 模块级变量是进程内共享的，所以这里用threading.Lock足够；如果是多进程场景，那得换成multiprocessing.Lock，不过你这里是多线程场景，不用考虑这个

内容的提问来源于stack exchange，提问作者John Copella