Python全局鎖中合理運用多線程的示例

小編給大家分享一下Python全局鎖中合理運用多線程的示例，希望大家閱讀完這篇文章之后都有所收獲，下面讓我們一起去探討吧！

Python全局鎖

（1）全局鎖導致的問題

全局鎖的英文簡稱是GIL，全稱是Global Interpreter Lock(全局解釋器鎖)，來源是python設計之初的考慮，為了數(shù)據(jù)安全所做的決定，每個線程在執(zhí)行時候都需要先獲取GIL，保證同一時刻只有一個線程可以執(zhí)行代碼，即同一時刻只有一個線程使用CPU，也就是說多線程并不是真正意義上的同時執(zhí)行。
每個CPU在同一時間只能執(zhí)行一個線程（在單核CPU下的多線程其實都只是并發(fā)，不是并行，并發(fā)和并行從宏觀上來講都是同時處理多路請求的概念。但并發(fā)和并行又有區(qū)別，并行是指兩個或者多個事件在同一時刻發(fā)生（多個CPU同時執(zhí)行某個任務）；而并發(fā)是指兩個或多個事件在同一時間間隔內發(fā)生。）

在Python多線程下，每個線程的執(zhí)行方式：

1、獲取GIL

2、執(zhí)行代碼直到sleep或者是python虛擬機將其掛起。

3、釋放GIL

可見，某個線程想要執(zhí)行，必須先拿到GIL，我們可以把GIL看作是“通行證”，并且在一個python進程中，GIL只有一個。拿不到通行證的線程，就不允許進入CPU執(zhí)行。

在Python2.x里，GIL的釋放邏輯是當前線程遇見IO操作或者ticks計數(shù)達到100（ticks可以看作是Python自身的一個計數(shù)器，專門做用于GIL，每次釋放后歸零，這個計數(shù)可以通過 sys.setcheckinterval 來調整），進行釋放。
而每次釋放GIL鎖，線程進行鎖競爭、切換線程，會消耗資源。并且由于GIL鎖存在，python里一個進程永遠只能同時執(zhí)行一個線程(拿到GIL的線程才能執(zhí)行)，這就是為什么在多核CPU上，python的多線程效率并不高。

（2）在有全局鎖的情況下如何運行多線程、多進程

在這里我們進行分類討論：

1、CPU密集型代碼(各種循環(huán)處理、計數(shù)等等)，在這種情況下，由于計算工作多，ticks計數(shù)很快就會達到閾值，然后觸發(fā)GIL的釋放與再競爭（多個線程來回切換當然是需要消耗資源的），所以python下的多線程對CPU密集型代碼并不友好，此時可以采用多進程形式實現(xiàn)多任務。

2、IO密集型代碼(文件處理、網(wǎng)絡爬蟲等)，多線程能夠有效提升效率(單線程下有IO操作會進行IO等待，造成不必要的時間浪費，而開啟多線程能在線程A等待時，自動切換到線程B，可以不浪費CPU的資源，從而能提升程序執(zhí)行效率)。所以python的多線程對IO密集型代碼比較友好。

而在python3.x中，GIL不使用ticks計數(shù)，改為使用計時器（執(zhí)行時間達到閾值后，當前線程釋放GIL），這樣對CPU密集型程序更加友好，但依然沒有解決GIL導致的同一時間只能執(zhí)行一個線程的問題，所以效率依然不盡如人意。

請注意：多核多線程比單核多線程更差，原因是單核下多線程，每次釋放GIL，喚醒的那個線程都能獲取到GIL鎖，所以能夠無縫執(zhí)行，但多核下，CPU0釋放GIL后，其他CPU上的線程都會進行競爭，但GIL可能會馬上又被CPU0拿到，導致其他幾個CPU上被喚醒后的線程會醒著等待到切換時間后又進入待調度狀態(tài)，這樣會造成線程顛簸(thrashing)，導致效率更低

回到最開始的問題：經(jīng)常我們會聽到老手說：“python下想要充分利用多核CPU，就用多進程”，原因是什么呢？
原因是：每個進程有各自獨立的GIL，互不干擾，這樣就可以真正意義上的并行執(zhí)行，所以在python中，多進程的執(zhí)行效率優(yōu)于多線程(僅僅針對多核CPU而言)。

（3）代碼實例

使用一個線程去計數(shù)

#encoing:utf-8
import threading
import time
def test_counter():
  i = 0
  for _ in range(100000000):
    i += 1
  return True
def main():
  start_time = time.time()
  for tid in range(2):
    t1 = threading.Thread(target=test_counter)
    t1.start()
    t1.join()
  end_time = time.time()
  print("Total time:{}".format(end_time-start_time))
if __name__ == "__main__":
  main()

結果：

使用2個線程，去執(zhí)行非IO操作

#encoding:utf-8
import threading
import time
def test_counter():
  i = 0
  for _ in range(100000000):
    i += 1
  return True
def main():
  thread_array = {}
  start_time = time.time()
  for tid in range(2):
    t = threading.Thread(target=test_counter)
    t.start()
    thread_array[tid] = t
  for i in range(2):
    thread_array[i].join()
  end_time = time.time()
  print("Total time:{}".format(end_time-start_time))
if __name__ == "__main__":
  main()

結果：

通過上面的代碼可以得出，對于非IO類型操作，多線程為了獲得GIL去相互競爭，導致程序執(zhí)行效率更低，所以我們要根據(jù)實際的業(yè)務功能情況，來確定使用多線程、多進程！

看完了這篇文章，相信你對“Python全局鎖中合理運用多線程的示例”有了一定的了解，如果想了解更多相關知識，歡迎關注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！