python面试不得不知道的点——GIL

在进行GIL讲解之前，我们可以先回顾一下并行和并发的区别：
并行：多个CPU同时执行多个任务，就好像有两个程序，这两个程序是真的在两个不同的CPU内同时被执行。

并发：CPU交替处理多个任务，还是有两个程序，但是只有一个CPU，会交替处理这两个程序，而不是同时执行，只不过因为CPU执行的速度过快，而会使得人们感到是在“同时”执行，执行的先后取决于各个程序对于时间片资源的争夺。大家可以参考下图的实物图就行理解：

并行和并发同属于多任务，目的是要提高CPU的使用效率。这里需要注意的是，一个CPU永远不可能实现并行，即一个CPU不能同时运行多个程序，但是可以在随机分配的时间片内交替执行（并发），就好像一个人不能同时看两本书，但是却能够先看第一本书半分钟，再看第二本书半分钟，这样来回切换。

接下来我们来看看进程和线程之间的区别：

两个多线程同时执行死循环，查看单个CPU的使用率：

两个多线程同时执行死循环，查看两个CPU的使用率：

两个多进程同时执行死循环，查看两个CPU使用率：

也就是说，多线程并不会充分调用两个CPU，而是会像在一个CPU上充分运转，而多进程则是会完全调用两个CPU，同时执行；

Guido van Rossum（吉多·范罗苏姆）创建python时就只考虑到单核cpu，解决多线程之间数据完整性和状态同步的最简单方法自然就是加锁， 于是有了GIL这把超级大锁。因为cpython解析只允许拥有GIL全局解析器锁才能运行程序，这样就保证了保证同一个时刻只允许一个线程可以使用cpu。由于大量的程序开发者接收了这套机制,现在代码量越来越多,已经不容易通过c代码去解决这个问题。

什么是GIL？

即全局解释器所（global interpreter lock），每个线程在执行时候都需要先获取GIL，保证同一时刻只有一个线程可以执行代码，即同一时刻只有一个线程使用CPU，也就是说多线程并不是真正意义上的同时执行。

那么，我们改如何解决GIL锁的问题呢？

1.更换cpython为jpython(不建议)

2.使用多进程完成多线程的任务

3.在使用多线程可以使用c语言去实现

以下是几个面试会遇到的问题，希望对大家有所帮助：

问题1: 什么时候会释放Gil锁,
答 :  
1 遇到像 i/o操作这种 会有时间空闲情况 造成cpu闲置的情况会释放Gil
2 会有一个专门ticks进行计数 一旦ticks数值达到100 这个时候释放Gil锁 线程之间开始竞争Gil锁(说明:
    ticks这个数值可以进行设置来延长或者缩减获得Gil锁的线程使用cpu的时间)

问题2: 互斥锁和Gil锁的关系

Gil锁  : 保证同一时刻只有一个线程能使用到cpu
互斥锁 : 多线程时,保证修改共享数据时有序的修改,不会产生数据修改混乱


首先假设只有一个进程,这个进程中有两个线程 Thread1,Thread2, 要修改共享的数据date, 并且有互斥锁

执行以下步骤

(1)多线程运行，假设Thread1获得GIL可以使用cpu，这时Thread1获得 互斥锁lock,Thread1可以改date数据(但并
没有开始修改数据)

(2)Thread1线程在修改date数据前发生了 i/o操作 或者 ticks计数满100 (注意就是没有运行到修改data数据),这个
时候 Thread1 让出了Gil,Gil锁可以被竞争

(3) Thread1 和 Thread2 开始竞争 Gil (注意:如果Thread1是因为 i/o 阻塞 让出的Gil Thread2必定拿到Gil,如果
Thread1是因为ticks计数满100让出Gil 这个时候 Thread1 和 Thread2 公平竞争)

(4)假设 Thread2正好获得了GIL, 运行代码去修改共享数据date,由于Thread1有互斥锁lock，所以Thread2无法更改共享数据
date,这时Thread2让出Gil锁 , GIL锁再次发生竞争 


(5)假设Thread1又抢到GIL，由于其有互斥锁Lock所以其可以继续修改共享数据data,当Thread1修改完数据释放互斥锁lock,
Thread2在获得GIL与lock后才可对data进行修改

以上描述了 互斥锁和Gil锁的 一个关系