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Cpython解釋器中的GIL全局解釋器鎖

更新時(shí)間：2020年11月09日 10:51:57 作者：Sg、

這篇文章主要介紹了Cpython解釋器中的GIL全局解釋器鎖的相關(guān)資料，幫助大家更好的了解Cpython解釋器，感興趣的朋友可以了解下

1、什么是GIL全局解釋器鎖

　　GIL：Global Interpreter Lock，意思就是全局解釋器鎖，這個(gè)GIL并不是Python的特性，他是只在Cpython解釋器里引入的一個(gè)概念，而在其他的語(yǔ)言編寫的解釋器里就沒有GIL，例如：Jython，Pypy等

　　下面是官方給出的解釋：

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.)

　　翻譯過來的意思就是：在CPython中，全局解釋器鎖(GIL)是一個(gè)互斥鎖，可以防止多個(gè)本地線程同時(shí)執(zhí)行Python字節(jié)碼。這個(gè)鎖是必要的，主要是因?yàn)镃Python的內(nèi)存管理不是線程安全的。(但是，由于GIL存在，其他特性已經(jīng)發(fā)展到依賴于它所執(zhí)行的保證。)

　　所以：

　　　　GIL本質(zhì)上就是一把互斥鎖，用來保證數(shù)據(jù)的正確性，使數(shù)據(jù)可以正常同步。

　　　　GIL就像是BUG一般存在的全局互斥鎖，目前無法通過代碼去除GIL

　　結(jié)論：在CPython解釋器中，在同一個(gè)進(jìn)程下開啟的多線程，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程執(zhí)行，無法利用多核優(yōu)勢(shì)

　　PS：我們平常所使用的python是C語(yǔ)言編寫的，所以大部分人所說的python也指CPython，CPython是python的官方版本，若是指其他語(yǔ)言寫的python，一般情況下會(huì)指明，如Jypthon、Pypy等

2、為什么會(huì)出現(xiàn)GIL

　　隨著電腦多核CPU的出現(xiàn)，python為了充分利用多核CPU，進(jìn)行多線程的編程方式便普及了起來，但是隨之而來的困難是線程之間數(shù)據(jù)的一致性和狀態(tài)同步，python為了解決這個(gè)數(shù)據(jù)不能同步的問題，所以設(shè)計(jì)了GIL全局解釋器鎖，其實(shí)就是互斥鎖

　　說到互斥鎖，在多線程互斥鎖中共享全局變量的時(shí)候會(huì)有線程對(duì)全局變量進(jìn)行的資源競(jìng)爭(zhēng)，會(huì)對(duì)全局變量的修改產(chǎn)生不是我們想要的結(jié)果，而那個(gè)時(shí)候用到的是python中線程模塊里面的互斥鎖。

　　如下例（未加線程互斥鎖）：

from threading import Threadimport time


n = 100
def task():
  global n
  m = n
  time.sleep(0.5)  # 模擬IO操作
  n = m - 1


if __name__ == '__main__':
  list1 = []
  for i in range(10):
    t = Thread(target=task)
    t.start()
    list1.append(t)

  for t in list1:
    t.join()

  print(n)

　執(zhí)行結(jié)果：

99

　　在上面的例子里，我創(chuàng)建了10個(gè)線程來爭(zhēng)奪對(duì) n 進(jìn)行 -1 操作，但是結(jié)果并非我想要的，所以我在這里加入了互斥鎖

　　如下例（加線程互斥鎖）：

from threading import Thread
from threading import Lock
import time


n = 100
def task(lock):
  global n
  lock.acquire()  # 加鎖
  m = n
  time.sleep(0.5)  # 模擬IO操作
  n = m - 1
  lock.release()  # 解鎖


if __name__ == '__main__':
  list1 = []
  lock = Lock()
  for i in range(10):
    t = Thread(target=task, args=(lock, ))
    t.start()
    list1.append(t)

  for t in list1:
    t.join()

  print(n)

　　執(zhí)行結(jié)果：

90

　　這次就可以得到我想要的結(jié)果

3、GIL的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　　　保證數(shù)據(jù)的正確性

　　缺點(diǎn)：

　　　　單個(gè)進(jìn)程下，開啟多個(gè)線程，犧牲了執(zhí)行效率，無法實(shí)現(xiàn)并行，只能實(shí)現(xiàn)并發(fā)

4、如何體現(xiàn)GIL全局解釋器鎖

　　在Cpython解釋器中，當(dāng)python代碼有一個(gè)線程開始訪問解釋器的時(shí)候，GIL會(huì)把這個(gè)大鎖給鎖上，此時(shí)此刻其他的線程只能干等著，無法對(duì)解釋器的資源進(jìn)行訪問，這一點(diǎn)就和互斥鎖相似。而只是這個(gè)過程發(fā)生在我們的Cpython中，同時(shí)也需要等這個(gè)線程分配的時(shí)間到了，這個(gè)線程把GIL釋放掉，類似互斥鎖的lock.release()一樣，另外其他的線程才開始跑起來。