Python多线程如何实现状态机 Python多线程复杂逻辑控制技巧

星夢妙者

发布： 2025-11-19 21:47:52

原创

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使用Lock保护状态变更，结合Condition和队列实现线程安全的状态机，确保多线程下状态切换的安全与逻辑清晰。

python多线程如何实现状态机 python多线程复杂逻辑控制技巧

在多线程环境中实现状态机，核心是保证状态切换的安全性和逻辑清晰。Python 的 threading 模块提供了基础支持，但要控制复杂逻辑，需结合同步机制与良好的设计模式。

使用线程安全的状态机类

状态机本质是维护一个当前状态，并根据输入或事件进行转移。在多线程中，多个线程可能同时尝试触发状态转移，必须防止竞态条件。

通过 threading.Lock 保护状态变更操作，确保任意时刻只有一个线程能修改状态。

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import threading
<p>class ThreadSafeStateMachine:
def <strong>init</strong>(self):
self._state = "idle"
self._lock = threading.Lock()</p><pre class='brush:python;toolbar:false;'>def transition(self, event):
    with self._lock:
        if self._state == "idle" and event == "start":
            self._state = "running"
            print("State → running")
        elif self._state == "running" and event == "stop":
            self._state = "idle"
            print("State → idle")
        else:
            print(f"Ignore event {event} in state {self._state}")

def get_state(self):
    with self._lock:
        return self._state

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用 Condition 实现状态等待与通知

某些场景下，线程需要等待状态达到某个条件才继续执行。例如：工作线程等待“运行”状态，主线程控制启停。

threading.Condition 可以让线程等待特定状态，状态变化后主动唤醒。

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import time
<p>class ControlledWorker:
def <strong>init</strong>(self):
self.state = "paused"
self.condition = threading.Condition()</p><pre class='brush:python;toolbar:false;'>def worker_loop(self):
    while True:
        with self.condition:
            while self.state == "paused":
                self.condition.wait()  # 等待被唤醒
            if self.state == "stopped":
                break
            print("Working...")
            time.sleep(1)
    print("Worker stopped.")

def start(self):
    with self.condition:
        self.state = "running"
        self.condition.notify_all()

def pause(self):
    with self.condition:
        self.state = "paused"

def stop(self):
    with self.condition:
        self.state = "stopped"
        self.condition.notify_all()

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结合队列实现事件驱动状态转移

对于更复杂的逻辑，可引入 queue.Queue 作为事件通道。状态机从队列中消费事件，避免多线程直接调用带来的混乱。

这种方式解耦了事件产生与处理，适合高并发或异步任务场景。

import queue
import threading
<p>def event_driven_fsm():
fsm_queue = queue.Queue()
state = "idle"</p><pre class='brush:python;toolbar:false;'>def fsm_worker():
    nonlocal state
    while True:
        event = fsm_queue.get()
        if event == "quit":
            break
        with threading.Lock():  # 状态本身仍需保护
            if state == "idle" and event == "init":
                state = "ready"
            elif state == "ready" and event == "run":
                state = "running"
            elif event == "reset":
                state = "idle"
        print(f"[FSM] State: {state}, Event: {event}")
        fsm_queue.task_done()

threading.Thread(target=fsm_worker, daemon=True).start()
return fsm_queue

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