并发编程之多线程篇之三

主要内容:

  一、GIL全局解释器锁

  二、死锁和递归锁

  三、信号量、Event事件、定时器

1️⃣ GIL全局解释器锁

  1、Cpython的GIL解释器锁的工作机制   

    1.1 在Cpython解释器中,同一个进程下开启的多线程,同一时刻只能有一个线程执行,无法利用多核优势。
    需要明确的一点是GIL并不是Python的特性,它是在实现Python解析器(CPython)时所引入的一个概念。就好比
  C++是一套语言(语法)标准,但是可以用不同的编译器来编译成可执行代码。>有名的编译器例如GCC,INTEL C++,Visual C++等。
  Python也一样,同样一段代码可以通过CPython,PyPy,Psyco等不同的Python执行环境来执行。像其中的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。
    1.2 GIL的介绍
    
GIL本质就是一把互斥锁,既然是互斥锁,所有互斥锁的本质都一样,都是将并发运行变成串行,以此来控制

  同一时间内共享数据只能被一个任务所修改,进而保证数据安全。可以肯定的一点是:保护不同的数据的安全,就
  应该加不同的锁。要想了解GIL,首先确定一点:每次执行python程序,都会产生一个独立的进程。例如python test1.py,
  python test2.py,python test3.py会产生3个不同的python进程。
    验证进程的方法:
#test.py内容
import os,time
print(os.getpid())
time.sleep(1000)

#打开终端执行
python3 test.py

#在windows下查看
tasklist |findstr python

#在linux下下查看
ps aux |grep python
View Code

    在一个python的进程内,不仅有test.py的主线程或者由该主线程开启的其他线程,还有解释器开启的

  垃圾回收等解释器级别的线程,总之,毫无疑问,所有线程都运行在这一个进程内。

    1.3 GIL原理分析

    第一点:
    所有数据都是共享的,这其中,代码作为一种数据也是被所有线程共享的(test.py的所有代码以及Cpython解释器的所有代码)
    例如:test.py定义一个函数work(代码内容如下图),在进程内所有线程都能访问到work的代码,于是我们可以开启三个线程
  然后target都指向该代码,能访问到意味着就是可以执行。

    第二点:

    
 所有线程的任务,都需要将任务的代码当做参数传给解释器的代码去执行,即所有的线程要想运行自己的任务,
   首先需要解决的是能够访问到解释器的代码。
  
    由以上两点不难得知:
    
如果多个线程的target=work,那么执行流程是多个线程先访问到解释器的代码,即拿到执行权限,

  然后将target的代码交给解释器的代码去执行。
    重点:
    
解释器的代码是所有线程共享的,所以垃圾回收线程也可能访问到解释器的代码而去执行,这就导致了一个问题:对于同一个数据100,可能线程1执行x=100的同时,而垃圾回收执行的是回收100的操作,解决这种问题没有什么高明的方法,就是加锁处理,即GIL,保证python解释器同一时间只能执行一个任务的代码。

    如图所示:

  

  1.4 GIL 和 Lock
    Python已经有一个GIL来保证同一时间只能有一个线程来执行了,为什么这里还需要lock?
    我们已经知道:锁的目的是为了保护共享的数据,同一时间只能有一个线程来修改共享的数据。保护不同的数据就应该加不同的锁。
    所以,解释就是GIL 与Lock是两把锁,保护的数据不一样,前者是解释器级别的(当然保护的就是解释器级别的数据,比如垃圾回收的数据),
  后者是保护用户自己开发的应用程序的数据,很明显GIL不负责这件事,只能用户自定义加锁处理,即Lock。如下图:

  
    解释如下:
    
1、100个线程去抢GIL锁,即抢执行权限
2、肯定有一个线程先抢到GIL(暂且称为线程1),然后开始执行,一旦执行就会拿到lock.acquire()
3、极有可能线程1还未运行完毕,就有另外一个线程2抢到GIL,然后开始运行,但线程2发现互斥锁lock还未被线程1释放,于是阻塞,被迫交出执行权限,即释放GIL
4、直到线程1重新抢到GIL,开始从上次暂停的位置继续执行,直到正常释放互斥锁lock,然后其他的线程再重复2 3 4的过程
 
 
 

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