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Python中GIL的使用詳解

2020-02-15 23:05:53
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供稿:網友

1、GIL簡介

GIL的全稱為Global Interpreter Lock,全局解釋器鎖。

1.1 GIL設計理念與限制

python的代碼執行由python虛擬機(也叫解釋器主循環,CPython版本)來控制,python在設計之初就考慮到在解釋器的主循環中,同時只有一個線程在運行。即在任意時刻只有一個線程在解釋器中運行。對python虛擬機訪問的控制由全局解釋鎖GIL控制,正是這個鎖來控制同一時刻只有一個線程能夠運行。

在調用外部代碼(如C、C++擴展函數)的時候,GIL將會被鎖定,直到這個函數結束為止(由于期間沒有python的字節碼運行,所以不會做線程切換)。

在python中使用都是操作系統級別的線程,linux中使用的pthread,window使用的是其原生線程。

從上面的概述中可以直觀的看出py在同一時刻只能跑一個線程,這樣在跑多線程的情況下,只有當線程獲取到全局解釋器鎖后才能運行,而全局解釋器鎖只有一個,因此即使在多核的情況下也只能發揮出單核的功能。

那么這樣看起來py不給力啊,GIL直接導致CPython不能利用物理多核的性能加速運行。那么為什么會有這樣的設計?考慮到Guido van Rossum 在創造python的時候,上世紀90年代,多核cpu完全屬于不可想象的,現在由于硬件發展速度太快,程序編寫就要考慮用盡cpu的全部性能,否則就要被淘汰,那么對于python同樣也要如此。

上面主要說的是這種設計的劣勢,下面再討論它的優勢。

GIL的設計簡化了CPython的實現,使得對象模型,包括關鍵的內建類型如字典,都隱式可以并發訪問。鎖住全局解釋器使得其比較容易的實現對多線程的支持,但也折損了多處理器主機的并行計算能力。

但是不論標準的,還是第三方的擴展模塊,都被設計成在進行密集計算任務時釋放GIL。另外還有在做IO操作時,GIL總是被釋放。對所有面對內建的操作系統C代碼的程序來說,GIL會在這個IO調用之前被釋放,以允許其它的線程在等待這個IO的時候運行。如果是純計算的程序,沒有IO操作,解釋器會每隔100次或每隔一定時間15ms去釋放GIL。

這里可以理解為IO密集型的python比計算密集型的程序更能利用多線程環境帶來的便利。

1.2 GIL對線程執行的影響

多線程環境中,python虛擬機按照以下方式執行:

    設置GIL 切換到一個線程去執行 運行代碼,這里有兩種機制:
      指定數量的字節碼指令(100個) 固定時間15ms線程主動讓出控制
    把線程設置為睡眠狀態 解鎖GIL 再次重復以上步驟

上節說到python語言和程序一樣要考慮用盡cpu的性能,下面在討論py的應對方法。

python的應對方法很簡單,在新的python3中依然有GIL,原因大概有下幾點:

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