GIL（全局解释器锁）是 python 中的一种机制，它确保同一时间只有一个线程可以执行字节码。这在保证 Python 解释器的线程安全方面至关重要，但它也限制了多线程程序的并发性，特别是在涉及密集计算的任务时。
GIL 的工作原理
GIL 通过控制对 Python 对象的访问来工作。当一个线程获取 GIL 时，它会阻止所有其他线程访问任何 Python 对象，包括全局和局部变量、类和函数。这确保了 Python 解释器不会因同时操作同一对象而导致竞争条件。
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GIL 的影响
GIL 对并发 Python 程序有以下影响：
多线程性能差： GIL 限制了多线程程序的并行性，因为只能有一个线程同时执行 Python 代码。这使得对于 CPU 密集型任务，多线程几乎毫无用处。死锁： GIL 可能会导致死锁，因为持有 GIL 的线程可能会等待另一个线程释放一个它持有的锁。增加了开销： GIL 的获取和释放会增加程序的开销，这对于频繁切换线程的程序尤为重要。
克服 GIL 的限制
尽管存在这些限制，但仍有几种策略可以用来克服 GIL 的限制：
1. 多进程：
多进程创建 Python 解释器的多个实例，每个实例都有自己的 GIL。这消除了 GIL 在进程之间的限制，从而允许真正的并行处理。然而，使用多进程需要小心处理数据共享和进程间通信。
代码示例：
import multiprocessingdef worker(num):# 执行密集计算任务return num * numif __name__ == "__main__":pool = multiprocessing.Pool(4)# 创建具有 4 个进程的进程池results = pool.map(worker, range(1000000))pool.close()pool.join()
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2. CPython 扩展：
GIL 是由 CPython（Python 的标准解释器）实现的。可以通过编写 C/C++ 扩展来绕过 GIL，从而直接与底层操作系统交互。这需要更高级别的编程技能，但可以显著提高并发性能。
代码示例：
#include PyObject *my_function(PyObject *self, PyObject *args) {// 执行密集计算任务，无需 GIL 保护// ...Py_INCREF(Py_None);return Py_None;}static PyMethodDef my_methods[] = {{"my_function", my_function, METH_VARARGS, "My function"},{NULL, NULL, 0, NULL}};PyMODINIT_FUNC initmymodule(void) {Py_InitModule("mymodule", my_methods);}
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3. GIL 释放：
GIL 是可选的，并且可以在特定情况下释放。通过使用 with 语句或通过调用 sys.settrace() 函数，可以暂时释放 GIL。这允许其他线程在释放期间获取 GIL 并执行任务。
代码示例：
import sysdef worker():# 执行密集计算任务passif __name__ == "__main__":sys.settrace(None)# 禁用追踪函数，释放 GILthreads = []for _ in range(4):threads.append(threading.Thread(target=worker))for thread in threads:thread.start()for thread in threads:thread.join()
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结论
GIL 是 Python 中并发编程的重要考虑因素。通过理解其工作原理及影响，以及应用适当的策略来克服其限制，可以提高 Python 程序的并发性能并减少瓶颈。随着计算机硬件的不断发展，GIL 的限制可能会变得更加明显，因此探索和采用这些技术至关重要，以最大限度地提高 Python 程序的性能。
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