解释 Python 中的 GIL (全局解释器锁)

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本题详细解读

什么是 GIL?

GIL(Global Interpreter Lock,全局解释器锁)是 Python 解释器中的一个互斥锁,用于确保同一时刻只有一个线程执行 Python 字节码。GIL 的存在是为了保护 Python 内部数据结构(如引用计数)的线程安全。

GIL 的影响

  1. 单线程性能:GIL 对单线程程序没有影响。
  2. 多线程性能:在多线程程序中,GIL 会限制多线程的并行执行,尤其是在 CPU 密集型任务中。即使有多个 CPU 核心,Python 的多线程程序也无法充分利用多核 CPU 的优势。
  3. I/O 密集型任务:对于 I/O 密集型任务(如文件读写、网络请求),GIL 的影响较小,因为线程在等待 I/O 操作时会释放 GIL。

如何绕过 GIL?

  1. 使用多进程:Python 的 multiprocessing 模块可以绕过 GIL,通过创建多个进程来实现并行计算。
  2. 使用 C 扩展:在 C 扩展中释放 GIL,允许并行执行 CPU 密集型任务。
  3. 使用其他 Python 实现:如 Jython 或 IronPython,它们没有 GIL。

代码示例解释

  • worker 函数:模拟一个 CPU 密集型任务,计算从 0 到 999999 的和。
  • 多线程创建:创建 5 个线程来执行 worker 函数。
  • 线程启动与等待:启动所有线程,并等待它们完成。

由于 GIL 的存在,这些线程不会真正并行执行,而是轮流获得 GIL 来执行字节码。

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