进程，线程，并行，并发，python 之 GIL详解

主要内容：
1.线程与进程
2.并发与并行
3.python GIL

1.进程与线程

1. 进程：程序的一次执行

2. 线程：CPU的基本调度单位

3. 计算机的核心是CPU，它承担了所有的计算任务。

4. 单个CPU[这里指的是单核CPU]一次只能运行一个任务。即：任一时刻，CPU总是运行一个进程，其他进程处于非运行状态。

5. 一个进程可以包括多个线程。

6. 一个进程的内存空间是共享的，每个线程都可以使用这些共享内存。

7. 一个线程使用某些共享内存时，其他线程必须等它结束，才能使用这一块内存。

8. 一个防止其它线程使用共享内存的简单方法，就是加一把锁。先到的人锁上门，后到的人看到上锁，就在门口排队，等锁打开再进去。这就叫"互斥锁"（Mutual exclusion，缩写 Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。

9. 某些内存区域，只能供给固定数目的线程使用。这时的解决方法，就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙，出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了，就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做"信号量"（Semaphore），用来保证多个线程不会互相冲突。不难看出，mutex是semaphore的一种特殊情况（n=1时）。也就是说，完全可以用后者替代前者。但是，因为mutex较为简单，且效率高，所以在必须保证资源独占的情况下，还是采用这种设计。最后，如果你的时间不是很紧张，并且又想快速的提高，最重要的是不怕吃苦，建议你可以价位@762459510 ，那个真的很不错，很多人进步都很快，需要你不怕吃苦哦！大家可以去添加上看一下~

2.并行与并发

并行：多个CPU同时执行多个任务。每个程序是真的在两个不同的CPU内同时被执行。
并发：单个CPU交替处理多个任务。只有一个CPU，会交替处理多个程序，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。

一个CPU[这里指的是单核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）。

3.python GIL

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。

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。

在这里插入图片描述

那么，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

问题1: 什么时候会释放Gil锁

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)。最后，如果你的时间不是很紧张，并且又想快速的提高，最重要的是不怕吃苦，建议你可以价位@762459510 ，那个真的很不错，很多人进步都很快，需要你不怕吃苦哦！大家可以去添加上看一下~

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