python3 gil锁_python gil 多线程

python3 gil锁_python gil 多线程前言python的使用者都知道Cpython解释器有一个弊端,真正执行时同一时间只会有一个线程执行,这是由于设计者当初设计的一个缺陷,里面有个叫GIL锁的,但他到底是什么?我们只知道因为他导致pyt

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。如果您正在找激活码,请点击查看最新教程,关注关注公众号 “全栈程序员社区” 获取激活教程,可能之前旧版本教程已经失效.最新Idea2022.1教程亲测有效,一键激活。

Jetbrains全系列IDE使用 1年只要46元 售后保障 童叟无欺

前言

python的使用者都知道Cpython解释器有一个弊端,真正执行时同一时间只会有一个线程执行,这是由于设计者当初设计的一个缺陷,里面有个叫GIL锁的,但他到底是什么?我们只知道因为他导致python使用多线程执行时,其实一直是单线程,但是原理却不知道,那么接下来我们就认识一下GIL锁
 

什么是GIL锁

GIL(Global Interpreter Lock)不是Python独有的特性,它只是在实现CPython(Python解释器)时,引入的一个概念。在官方网站中定义如下:

In CPython, the global interpreter lock, or GIL, is a mutex that prevents multiple native threads from executing Python bytecodes at once. This lock is necessary mainly because CPython’s memory management is not thread-safe. (However, since the GIL exists, other features have grown to depend on the guarantees that it enforces.)

由定义可知,GIL是一个互斥锁(mutex)。它阻止了多个线程同时执行Python字节码,毫无疑问,这降低了执行效率。理解GIL的必要性,需要了解CPython对于线程安全的内存管理机制。
 

CPython对线程安全的内存管理机制

Python使用引用计数来进行内存管理,在Python中创建的对象都会有引用计数,来记录有多少个指针指向它。当引用计数的值为0时,就会自动释放内存
 
我们来看一个小例子,来解释引用计数的原理

>>> import sys
>>> a = []
>>> b = a
>>> sys.getrefcount(a)
3

可以看到,a 的引用计数值为 3,因为有 a、b 和作为参数传递的 getrefcount 都引用了一个空列表。
如果有2个python线程同时引用a,那么2个线程都会尝试对其进行数据操作,多个线程同时对一个数据进行增加或减少的操作,如果发生这种情况,则可能导致内存泄漏
 

GIL锁的产生

由于多个线程同时对数据进行操作,会引发数据不一致,导致内存泄漏,我们可以对其进行加锁,所以Cpython就创建了GIL锁
但是既然有了锁,一个对象就需要一把锁,那么多个对象就会有多把锁,可能会给我们带来2个问题

  • 1.死锁(线程之间互相争抢锁的资源)
  • 2.反复获取和释放锁而导致性能降低。

为了保证单线程情况下python的正常执行和效率,GIL锁(单一锁)由此产生了,它添加了一个规则,即任何Python字节码的执行都需要获取解释器锁。这样可以防止死锁(因为只有一个锁),并且不会带来太多的性能开销。但这实际上使所有受CPU约束的Python程序(指的是CPU密集型程序)都是单线程的。
 

GIL锁的底层原理

python3 gil锁_python gil 多线程
上面这张图,就是 GIL 在 Python 程序的工作示例。其中,Thread 1、2、3 轮流执行,每一个线程在开始执行时,都会锁住 GIL,以阻止别的线程执行;同样的,每一个线程执行完一段后,会释放 GIL,以允许别的线程开始利用资源。
 
线程释放GIL锁有两种情况,一是遇到IO操作,二是Time Tick到期。IO操作很好理解,比如发出一个http请求,等待响应。那么Time Tick到期是什么呢?Time Tick规定了线程的最长执行时间,超过时间后自动释放GIL锁。Python 3 以后,间隔时间大致为15毫秒
 
虽然都是释放GIL锁,但这两种情况是不一样的。比如,Thread1遇到IO操作释放GIL,由Thread2和Thread3来竞争这个GIL锁,Thread1不再参与这次竞争。如果是Thread1因为Time Tick到期释放GIL(多数是CPU密集型任务),那么三个线程可以同时竞争这把GIL锁,可能出现Thread1在竞争中胜出,再次执行的情况。单核CPU下,这种情况不算特别糟糕。因为只有1个CPU,所以CPU的利用率是很高的。
 
在多核CPU下,由于GIL锁的全局特性,无法发挥多核的特性,GIL锁会使得多线程任务的效率大大降低。
python3 gil锁_python gil 多线程
Thread1在CPU1上运行,Thread2在CPU2上运行。GIL是全局的,CPU2上的Thread2需要等待CPU1上的Thread1让出GIL锁,才有可能执行。如果在多次竞争中,Thread1都胜出,Thread2没有得到GIL锁,意味着CPU2一直是闲置的,无法发挥多核的优势。
 
为了避免同一线程霸占CPU,在python3.2版本之后,线程会自动的调整自己的优先级,使得多线程任务执行效率更高。
既然GIL降低了多核的效率,那保留它的目的是什么呢?这就和线程执行的安全有关。
 

Python GIL不能绝对保证线程安全

def add():
    global n
    for i in range(10**1000):
        n = n +1
def sub():
    global n
    for i in range(10**1000):
        n = n - 1
n = 0
import threading
a = threading.Thread(target=add,)
b = threading.Thread(target=sub,)
a.start()
b.start()
a.join()
b.join()
print n

上面的程序对n做了同样数量的加法和减法,那么n理论上是0。但运行程序,打印n,发现它不是0。问题出在哪里呢,问题在于python的每行代码不是原子化的操作。比如n = n+1这步,不是一次性执行的。如果去查看python编译后的字节码执行过程,可以看到如下结果。

19 LOAD_GLOBAL              1 (n)
22 LOAD_CONST               3 (1)
25 BINARY_ADD          
26 STORE_GLOBAL             1 (n)

从过程可以看出,n = n +1 操作分成了四步完成。因此,n = n+1不是一个原子化操作。

  • 1.加载全局变量n
  • 2.加载常数1
  • 3.进行二进制加法运算
  • 4.将运算结果存入变量n。

根据前面的线程释放GIL锁原则,线程a执行这四步的过程中,有可能会让出GIL。如果这样,n=n+1的运算过程就被打乱了。最后的结果中,得到一个非零的n也就不足为奇。
 

总结

对于IO密集型应用,多线程的应用和多进程应用区别不大。即便有GIL存在,由于IO操作会导致GIL释放,其他线程能够获得执行权限。由于多线程的通讯成本低于多进程,因此偏向使用多线程。
 
对于计算密集型应用,由于CPU一直处于被占用状态,GIL锁直到规定时间才会释放,然后才会切换状态,导致多线程处于绝对的劣势,此时可以采用多进程+协程。

参考资料
https://realpython.com/python-gil/
https://zhuanlan.zhihu.com/p/97218985

版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请联系我们举报,一经查实,本站将立刻删除。

发布者:全栈程序员-站长,转载请注明出处:https://javaforall.net/166189.html原文链接:https://javaforall.net

(0)
全栈程序员-站长的头像全栈程序员-站长


相关推荐

  • 什么是用户态和内核态_进程的用户态和内核态

    什么是用户态和内核态_进程的用户态和内核态要了解什么是用户态,什么是内核态,我们需要先了解什么是进程的用户空间和内核空间:Linux虚拟内存的大小为2^32(在32位的x86机器上),内核将这4G字节的空间分为两部分。最高的1G字节(从虚地址0xC0000000到0xFFFFFFFF)供内核使用,称为“内核空间”。而较低的3G字节(从虚地址0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间”。也就是说,在这4G的…

    2022年9月15日
    0
  • 保护索引要注意的问题「建议收藏」

    保护索引要注意的问题

    2022年1月21日
    45
  • c语言删除数组中的元素「建议收藏」

    c语言删除数组中的元素「建议收藏」删除一个元素,相同也可删除核心思想:1.找到元素用if语句2.删除就是用后面的代替该元素(需要删除的元素),用for语句3.遍历(就是用for循环看一遍数列)就可以找到想要删除的元素,4.注意最后要给末尾换成零,因为后面的是随机的不一定为零#include<stdio.h>intmain(){ inti,a[10]; intb,c; //输入数组值 printf(“输入数组的值”); for(i=0;i<10;i++) { scanf(“%d”

    2022年7月22日
    21
  • layer执行父窗口ajax方法,layer 弹出层 回调函数调用 弹出层页面 函数

    layer执行父窗口ajax方法,layer 弹出层 回调函数调用 弹出层页面 函数1、项目中用到layer弹出层,定义一个公用的窗口,问题来了窗口弹出来了,如何保存页面上的数据呢?疯狂百度之后,有了结果,赶紧记下。2、自己定义的公共页面方法:layuiWindow:function(options){vardefaults={title:’添加菜单’,width:’100px’,height:’100px’,url:”,shade:0.3,btn:[…

    2022年7月15日
    12
  • c++ auto类型_auto C++

    c++ auto类型_auto C++编程时候常常需要把表达式的值付给变量,需要在声明变量的时候清楚的知道变量是什么类型。然而做到这一点并非那么容易(特别是模板中),有时候根本做不到。为了解决这个问题,C++11新标准就引入了auto类型说明符,用它就能让编译器替我们去分析表达式所属的类型。和原来那些只对应某种特定的类型说明符(例如int)不同。auto让编译器通过初始值来进行类型推演。从而获得定义变量的类型,所以说auto定义的变量必须有初始值。有的时候我们还会遇到这种情况,我们希望从表达式中推断出要定义变量的类型,但却不想用表达式

    2022年9月9日
    0
  • goland最新激活码[在线序列号]

    goland最新激活码[在线序列号],https://javaforall.net/100143.html。详细ieda激活码不妨到全栈程序员必看教程网一起来了解一下吧!

    2022年3月19日
    60

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注

关注全栈程序员社区公众号