python之GIL锁

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一、GIL锁是什么？

定义：

       GIL：又叫全局解释器锁，是一个互斥锁，每个线程在执行的过程中都需要先获取GIL，保证同一时刻只有一个线程在运行。

原因：

       它并不是python语言的特性，仅仅是由于历史的原因在CPython解释器中难以移除，因为python语言运行环境大部分默认在CPython解释器中。

目的：

       解决多线程同时竞争程序中的全局变量而出现的线程安全问题。

总结：

       1、GIL 不是 Python 的特点，而是 CPython 解释器的特点；

       2、GIL 锁是加在 CPython 解释器上的，是保证解释器级别的数据的安全；

       3、GIL 锁会导致同一个进程下多个线程的不能同时执行；

       4、不同的数据除了 GIL 锁，还需要一把互斥锁，来保证数据处理不会错乱。

       每个线程在调用 cpython 解释器 在运行之前，需要先抢到 GIL 锁，然后才能运行。

编译型语言就不会存在 GIL 锁，编译型语言会直接编译所有代码，就不会出现这种问题。

二、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。

缺陷：

如果有2个python线程同时引用同一个对象，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。

三、解决GIL问题的方案：

1.使用其它语言，例如C,Java
2.使用其它解释器，如java的解释器jython
3.使用多进程

线程1在CPU1上运行，线程2在CPU2上运行。GIL是全局的，CPU2上的线程2需要等待CPU1上的线程1让出GIL锁，才有可能执行。如果在多次竞争中，线程1都胜出，线程2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。

四、线程释放GIL

1.在IO操作等可能会引起阻塞的system call之前,可以暂时释放GIL,但在执行完毕后,必须重新获取GIL。
2.Python 3.x使用计时器Time Tick（执行时间达到阈值后，当前线程释放GIL）或Python 2.x，tickets计数达到100。

五、多线程利用多核的优势

计算密集型

       假如一个计算密集型的任务需要 10s 的执行时间，总共有4个这样的任务。

在4核及以上 的情况下：

多进程： 需要开启 4 个进程，但是 4 个 CPU 并行，最终只需要消耗 10s 多一点的时间。

多线程： 只需要开1 个进程，这个进程开启 4 个线程，开启线程所消耗的资源很少，但是由于最终执行是只有一个 CPU 可以工作，所以最终消耗 40s 多的时间。

IO 密集型

       假如是多个 IO密集型 的任务 CPU 大多数时间是处于闲置状态，频繁的切换

多进程： 进程进行切换需要消耗大量资源

多线程： 线程进行切换并不需要消耗大量资源

总结

       开发的软件大多是 IO 密集型，所以即使存在 GIL 锁，开启多线程也是有优势的并且，可以同时开启多进程与多线程，同时兼并二者的优点。