GIL全局锁(Global Interpreter Lock)

GIL是Python中用于多线程同步的全局锁,源于历史原因,为保证多线程环境下数据一致性。虽然限制了多核性能,但因大量代码库依赖其线程安全性,移除GIL变得极其复杂。

  • 首先需要明确的一点是GIL并不是Python的特性,它是在实现Python解析器(CPython)时所引入的一个概念。就好比C++是一套语言(语法)标准,但是可以用不同的编译器来编译成可执行代码。有名的编译器例如GCC,INTEL C++,Visual C++等。Python也一样,同样一段代码可以通过CPython,PyPy,Psyco等不同的Python执行环境来执行。像其中的JPython就没有GIL。然而因为CPython是大部分环境下默认的Python执行环境。所以在很多人的概念里CPython就是Python,也就想当然的把GIL归结为Python语言的缺陷。所以这里要先明确一点:GIL并不是Python的特性,Python完全可以不依赖于GIL


  • Python并不支持真正意义上的多线程。Python中提供了多线程包,但是如果你想通过多线程提高代码的速度,使用多线程包并不是个好主意。Python中有一个被称为Global Interpreter Lock(GIL)的东西,它会确保任何时候你的多个线程中,只有一个被执行。线程的执行速度非常之快,会让你误以为线程是并行执行的,但是实际上都是轮流执行。经过GIL这一道关卡处理,会增加执行的开销。这意味着,如果你想提高代码的运行速度,使用threading包并不是一个很好的方法。
  • 不过还是有很多理由促使我们使用threading包的。如果你想同时执行一些任务,而且不考虑效率问题,那么使用这个包是完全没问题的,而且也很方便。但是大部分情况下,并不是这么一回事,你会希望把多线程的部分外包给操作系统完成(通过开启多个进程),或者是某些调用你的Python代码的外部程序(例如Spark或Hadoop),又或者是你的Python代码调用的其他代码(例如,你可以在Python中调用C函数,用于处理开销较大的多线程工作)。
    为什么提这个问题
    因为GIL就是个混账东西(A-hole)。很多人花费大量的时间,试图寻找自己多线程代码中的瓶颈,直到他们明白GIL的存在。
### Python 中 GIL(全局解释器锁)的含义与作用 #### 1. **定义** GILGlobal Interpreter Lock,全局解释器锁)是 CPython 解释器实现的一个重要特性。它是一种互斥锁,确保在同一时刻只有一个线程能够在解释器中运行 Python 字节码[^1]。 #### 2. **工作原理** - 在多线程环境中,GIL 锁定了整个解释器的状态,使得即使有多个线程存在,也只允许其中一个线程执行 Python 字节码。 - 这种机制的主要目的是保护内存管理的安全性,防止多个线程同时访问和修改共享的数据结构而导致不一致或崩溃的情况发生[^2]。 #### 3. **影响** ##### (1)**对 CPU 密集型任务的影响** 对于 CPU 密集型任务,由于 GIL 的存在,即便是在多核处理器上,也无法真正并行执行多个线程。这意味着无论有多少个线程,这些线程实际上是串行执行的,因此无法充分利用多核的优势[^4]。 ##### (2)**对 I/O 密集型任务的影响** I/O 密集型任务通常涉及大量的输入/输出操作(如网络请求、磁盘读写等),这类任务在等待外部资源的过程中会主动释放 GIL。此时,其他线程有机会获取 GIL 并继续执行,从而提高了整体资源利用率。 #### 4. **解决方法** 尽管 GIL 存在一定的局限性,但在实际开发中有多种方式可以绕过其限制: - 使用多进程替代多线程:每个进程都有自己的独立地址空间和 GIL,因此可以通过创建多个进程来实现真正的并行计算[^1]。 - 利用扩展模块:一些高性能库(如 NumPy 和 SciPy)会在底层通过 C 或 Fortran 实现关键算法,并临时释放 GIL,以便更好地利用硬件资源[^3]。 --- ```python import threading # 定义一个简单的计数函数 def count_up(): global counter for _ in range(1000000): counter += 1 if __name__ == "__main__": counter = 0 # 创建两个线程分别调用相同的函数 thread1 = threading.Thread(target=count_up) thread2 = threading.Thread(target=count_up) thread1.start() thread2.start() thread1.join() thread2.join() print(f"Final Counter Value: {counter}") ``` 上述代码展示了在未采取同步措施的情况下,两个线程并发更新全局变量 `counter` 可能导致的结果错误。这是因为虽然 GIL 防止了字节码层面的竞争条件,但它并不能完全阻止逻辑上的竞态问题[^3]。 --- ###
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