关于线程安全的记录以及python GIL

悠悠 2022-06-06 01:20 162阅读 0赞

多线程作为处理高并发任务的解决方案，是每个开发者都要面对的问题。

保证线程安全是多线程中的重要话题，试想，如果多线程代码跑出来的结果和单线程是不同的，那么这个可不是什么好的事情，通常也就是发生了线程的不安全事件。

线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。 线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据。

如果每个线程对变量只有读操作，而无写操作，那么可以说这个线程是安全的；如果有多个线程同时执行写操作，一般都要考虑线程同步，否则可能会影响线程安全。

## 多线程的物理条件 ##

技术的发展，cpu的制作工艺的提升，现在一般我们使用的笔记本等都是多核。

为了提高效率。可采用的方法有多进程和多线程两种方法，前者不能够共享资源，后者是共享资源。而进程间的通信成为IPC这是另外的话题了，不在我们的讨论之中。

## 保证线程安全 ##

为了抑制线程间的资源竞争保证数据安全，需要对线程加锁，从而保证同一时刻只有一个线程进行存取。  
针对加锁的位置不同，分为两种粒度的锁  
1.fine-grained(细粒度)，需要开发者自信的加锁，解锁保证线程安全。  
2.coarse-grained(粗粒度），语言层面本身维护者一个全局锁的机制。

第一种方式典型的有java,Jython等，后一种方式比较典型的是CPython

## python中的GIL ##

背景：  
1.GIL是什么？GIL全程Global Interpreter Lock 全局解释器锁，作为设计之初的考虑，为了数据安全所做的决定。

2.每个CPU在同一时刻只能执行一个线程。单核CPU下的多线程其实都是并发，不是并行，并发和并行从宏观上来说都是同时处理多路请求的概念，但是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；而并发是指两个或者多个时间在同一时间间隔内发生

### python多线程执行方式 ###

1.获取GIL  
2.执行代码知道sleep或者python虚拟机将其挂起  
3.释放GIL

某个线程想要执行，必须先拿到GIL,可以看作是通行证，并且在一个进程中只有一个GIL.拿不到通行证的线程，就不允许进入CPU执行

python 2中GIL的释放逻辑是当前线程遇到IO操作或者ticks技术达到100  
ticks可以看作是python 自身的计时器，专门作用于GIL,每次释放后归零，这个计数可以通过sys.setcheckinterval来调整。

每次释放GIL锁，线程进行锁竞争，切换线程都会消耗资源。并且由于GIL锁存在，python 一个进程中永远只能同时执行一个线程，就是具备了GIL的那个线程，这就是为什么在多核心CPU上，python的多线程效率并不高

## 如何选择python 的多线程使用场景 ##

1.在CPU密集型代码（各种循环，计数，判断）在这种场景下，tisck技术很快就会达到阈值，然后触发GIL的释放并引发竞争，所以多线程对CPU密集型代码并不友好。

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（单线程下游IO操作会进行IO等待，造时间的浪费）。所以python的多线程对IO密集型代码比较友好。

在python3中，GIL不使用ticks计数，改为使用计时器，改善了一些，但是依然效率不尽如人意。

多核多线程比单核多线程更差，原因是单核多线程每次释放GIL。唤醒的那个线程都能取得GIL锁，所以能够无缝执行，但是多核下，CPU0释放GIL后，其他CPU上的线程都会竞争，但是GIL可能又会马上被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等待调度状态，这样会造成县城颠簸，导致效率更低。

## python 为什么选择GIL 还不摒弃 ##

语言的作者龟叔给出了解答  
[http://www.artima.com/weblogs/viewpost.jsp?thread=214235][http_www.artima.com_weblogs_viewpost.jsp_thread_214235]

他表示，曾尝试去除GIL的限制，但是导致单进程速度变成了2倍。这显然是不可以接受的。

并且python语言本身不存在GIL而只是cpython的解释器受到GIL限制，  
同时如果移除了GIL会导致大量的现有的库出现各种各样的问题。（这个算是历史遗留问题吧）

[http_www.artima.com_weblogs_viewpost.jsp_thread_214235]: http://www.artima.com/weblogs/viewpost.jsp?thread=214235