GIL详解

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什么是GIL

　　全局解释器锁。它并不是python的特性，是在实现Python解析器(CPython)时所引入的一个概念。像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。

GIL是怎么产生的

　　python在创建之初只考虑了单核的CPU，而单核情况下，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。而且因为python的线程是调用操作系统的原生线程，这个原生线程就是C语言写的原生线程。因为python是用C写的，启动的时候就是调用的C语言的接口。每个线程在执行的过程中，python解释器是控制不了的，因为是调的C语言的接口，超出了python的控制范围，python的控制范围是只在python解释器这一层，它只能等结果。所以它不能控制让哪个线程先执行，因为是一块调用的，只要一执行，就是等结果。有了GIL，就能够保证同一时刻只有一个线程可以使用CPU。

　　各CPU厂商在核心频率上的比赛变成了多核，GIL的缺陷也随之而来。

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)

当前GIL的问题

　　为了让各个线程能够平均利用CPU时间，python会计算当前已执行的微代码数量，达到一定阈值后就强制释放GIL。而这时也会触发一次操作系统的线程调度。这种模式在只有一个CPU核心的情况下毫无问题。任何一个线程被唤起时都能成功获得到GIL（因为只有释放了GIL才会引发线程调度）。但当CPU有多个核心的时候，问题就来了。当线程均为CPU密集型运算线程时，从release GIL到acquire GIL之间几乎是没有间隙的。所以当其他在其他核心上的线程被唤醒时，大部分情况下主线程已经又再一次获取到GIL了。这个时候被唤醒执行的线程只能白白的浪费CPU时间，看着另一个线程拿着GIL欢快的执行着。然后达到切换时间后进入待调度状态，再被唤醒，再等待，以此往复恶性循环。

　　简单的总结下就是：Python的多线程在多核CPU上，只对于IO密集型计算产生正面效果；而当有至少有一个CPU密集型线程存在，那么多线程效率会由于GIL而大幅下降

如何解决GIL锁的问题

　　1.更换cpython为jpython(不建议)

　　　　因为他是用java实现的解释器，也失去了利用社区众多C语言模块有用特性的机会。所以这些解析器也因此一直都比较小众。

　　2.使用多进程完成多线程的任务（用multiprocess替代Thread）

　　　　每个进程有自己的独立的GIL，因此也不会出现进程之间的GIL争抢。它的引入会增加程序实现时线程间数据通讯和同步的困难。就拿计数器来举例子，如果我们要多个线程累加同一个变量，对于thread来说，申明一个global变量，用thread.Lock的context包裹住三行就搞定了。而multiprocess由于进程之间无法看到对方的数据，只能通过在主线程申明一个Queue，put再get或者用share memory的方法。这个额外的实现成本使得本来就非常痛苦的多线程程序编码，变得更加痛苦了。

　　3.在使用多线程可以使用c语言去实现

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