Python全局锁中如何合理运用多线程（多进程）

Python全局锁

（1）全局锁导致的问题
全局锁的英文简称是GIL，全称是Global Interpreter Lock(全局解释器锁)，来源是python设计之初的考虑，为了数据安全所做的决定，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。
每个CPU在同一时间只能执行一个线程（在单核CPU下的多线程其实都只是并发，不是并行，并发和并行从宏观上来讲都是同时处理多路请求的概念。但并发和并行又有区别，并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生（多个CPU同时执行某个任务）；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。）

在Python多线程下，每个线程的执行方式：
1、获取GIL
2、执行代码直到sleep或者是python虚拟机将其挂起。
3、释放GIL

可见，某个线程想要执行，必须先拿到GIL，我们可以把GIL看作是“通行证”，并且在一个python进程中，GIL只有一个。拿不到通行证的线程，就不允许进入CPU执行。

在Python2.x里，GIL的释放逻辑是当前线程遇见IO操作或者ticks计数达到100（ticks可以看作是Python自身的一个计数器，专门做用于GIL，每次释放后归零，这个计数可以通过 sys.setcheckinterval 来调整），进行释放。
而每次释放GIL锁，线程进行锁竞争、切换线程，会消耗资源。并且由于GIL锁存在，python里一个进程永远只能同时执行一个线程(拿到GIL的线程才能执行)，这就是为什么在多核CPU上，python的多线程效率并不高。

（2）在有全局锁的情况下如何运行多线程、多进程
在这里我们进行分类讨论：
1、CPU密集型代码(各种循环处理、计数等等)，在这种情况下，由于计算工作多，ticks计数很快就会达到阈值，然后触发GIL的释放与再竞争（多个线程来回切换当然是需要消耗资源的），所以python下的多线程对CPU密集型代码并不友好，此时可以采用多进程形式实现多任务。

2、IO密集型代码(文件处理、网络爬虫等)，多线程能够有效提升效率(单线程下有IO操作会进行IO等待，造成不必要的时间浪费，而开启多线程能在线程A等待时，自动切换到线程B，可以不浪费CPU的资源，从而能提升程序执行效率)。所以python的多线程对IO密集型代码比较友好。

而在python3.x中，GIL不使用ticks计数，改为使用计时器（执行时间达到阈值后，当前线程释放GIL），这样对CPU密集型程序更加友好，但依然没有解决GIL导致的同一时间只能执行一个线程的问题，所以效率依然不尽如人意。

请注意：多核多线程比单核多线程更差，原因是单核下多线程，每次释放GIL，唤醒的那个线程都能获取到GIL锁，所以能够无缝执行，但多核下，CPU0释放GIL后，其他CPU上的线程都会进行竞争，但GIL可能会马上又被CPU0拿到，导致其他几个CPU上被唤醒后的线程会醒着等待到切换时间后又进入待调度状态，这样会造成线程颠簸(thrashing)，导致效率更低

回到最开始的问题：经常我们会听到老手说：“python下想要充分利用多核CPU，就用多进程”，原因是什么呢？
原因是：每个进程有各自独立的GIL，互不干扰，这样就可以真正意义上的并行执行，所以在python中，多进程的执行效率优于多线程(仅仅针对多核CPU而言)。

（3）代码实例
使用一个线程去计数

#encoing:utf-8
import threading
import time
def test_counter():
    i = 0
    for _ in range(100000000):
        i += 1
    return True
def main():
    start_time = time.time()
    for tid in range(2):
        t1 = threading.Thread(target=test_counter)
        t1.start()
        t1.join()
    end_time = time.time()
    print("Total time:{}".format(end_time-start_time))
if __name__ == "__main__":
    main()

结果：

使用2个线程，去执行非IO操作

#encoding:utf-8
import threading
import time
def test_counter():
    i = 0
    for _ in range(100000000):
        i += 1
    return True
def main():
    thread_array = {}
    start_time = time.time()
    for tid in range(2):
        t = threading.Thread(target=test_counter)
        t.start()
        thread_array[tid] = t
    for i in range(2):
        thread_array[i].join()
    end_time = time.time()
    print("Total time:{}".format(end_time-start_time))
if __name__ == "__main__":
    main()

结果：

通过上面的代码可以得出，对于非IO类型操作，多线程为了获得GIL去相互竞争，导致程序执行效率更低，所以我们要根据实际的业务功能情况，来确定使用多线程、多进程！