В любой момент может выполняться только один поток Python. Глобальная блокировка интерпретатора — GIL — тщательно контролирует выполнение тредов. GIL гарантирует каждому потоку эксклюзивный доступ к переменным интерпретатора (и соответствующие вызовы C-расширений работают правильно).

Принцип работы прост: потоки удерживают GIL, пока выполняются. Однако они освобождают его при блокировании для операций ввода-вывода. Каждый раз, когда поток вынужден ждать, другие, готовые к выполнению потоки, используют свой шанс запуститься.

Когда поток начинает работу, он выполняет захват GIL. Спустя какое-то время планировщик процессов решает, что текущий поток поработал достаточно, и передает управление следующему потоку. Поток №2 видит, что GIL захвачен, так что он не продолжает работу, а погружает себя в сон, уступая процессор потоку №1.

Но поток не может удерживать GIL бесконечно. До Python 3.3 GIL переключался каждые 100 инструкций машинного кода. В поздних версиях GIL может быть удержан потоком не дольше 5 мс. GIL также освобождается, если поток совершает системный вызов, работает с диском или сетью.

Проблема в том, что из-за GIL далеко не все задачи могут быть решены в тредах. Напротив, их использование чаще всего снижает быстродействие программы (при CPU-bound задачах). С использованием тредов требуется следить за доступом к общим ресурсам: словарям, файлам, соединением к БД.

• GIL упрощает интеграцию non thread safe библиотек на С. Благодаря GIL у нас так много быстрых модулей и биндингов почти ко всему.
• Библиотекам на C доступен механизм управления GIL. Так, например, NumPy отпускает его на долгих операциях.

По сути, GIL в питоне делает бесполезной идею применять потоки для параллелизма в вычислительных задачах. Они будут работать последовательно даже на многопроцессорной системе. На CPU Bound задачах программа не ускорится, а только замедлится, так как теперь потокам придется делить пополам процессорное время. При этом I/O операции GIL не замедлит, так как перед системным вызовом поток отпускает GIL.

Oct. 10, 2023, Источник

Глобальная блокировка интерпретатора CPython. Это механизм, который не позволяет нескольким потокам выполнить один и тот же байткод. Другими словами, благодаря GIL, в каждый момент времени в контексте одного процесса Python исполняется только один поток (Thread), все остальные ждут своей очереди на исполнение. Именно поэтому многопоточность не ускоряет обработку данных в разных потоках, так как по факту все обрабатывается последовательно.

Oct. 10, 2023, Источник

GIL (global interpreter lock) Глобальная блокировка интерпретатора, который блокирует одновременное выполнение нескольких потов.

GIL запрещает потокам выполняться одновременно, когда выполняется 1 поток, GIL блокирует все остальные.


Схематичное изображение работы потоков под GIL. Зелёный — поток, удерживающий GIL, красные — блокированные потоки

Причины использования GIL:

• Однопоточные сценарии выполняются значительно быстрее, чем при использовании других подходов обеспечения потокобезопасности;
• Простая интеграция библиотек на C, которые зачастую тоже не потокобезопасны;
• Простота реализации.

Минусы

Главный недостаток подхода обеспечения потокобезопасности при помощи GIL — это ограничение параллельности вычислений. GIL не позволяет достигать наибольшей эффективности вычислений при работе на многоядерных и мультипроцессорных системах. Также использование нескольких потоков накладывает издержки на их переключение из-за эффекта конкуренции (потоки «пытаются» перехватить GIL). То есть многопоточное выполнение может занять большее время, чем последовательное выполнение тех же задач.

Oct. 10, 2023, Источник

GIL (Global Interpreter Lock) - это механизм, который обеспечивает потокобезопасность интерпретатора. Это особенно важно в контексте многопоточности, поскольку GIL ограничивает выполнение кода только одним потоком за раз. Другими словами, в любой момент времени только один поток может выполняться в одном процессе.

Основные характеристики:

1. Потокобезопасность интерпретатора: Обеспечивает потокобезопасность интерпретатора, делая его непотокобезопасным на уровне ядра. Это означает, что в одном процессе может выполняться только один поток кода в одно и то же время.

2. Влияние на многопоточность: Из-за GIL многопоточность может быть менее эффективной в сравнении с другими языками, такими как Java или C++, где потоки могут свободно выполняться параллельно. Многопоточность иногда используется для асинхронных операций ввода-вывода (I/O), но для CPU-интенсивных задач обычно используются процессы вместо потоков.

3. Влияние на производительность: Может оказывать влияние на производительность при выполнении многопоточных программ, поскольку он может стать узким местом при попытке распараллеливания выполнения кода. Однако этот механизм обычно не является проблемой для программ, в которых многопоточность используется для операций ввода-вывода, таких как работа с сетью или файлами.

4. Избегание гонок данных: Одно из его преимуществ заключается в том, что он предотвращает возникновение состояний гонки данных, когда несколько потоков пытаются изменить одни и те же данные одновременно. Это делает программирование более предсказуемым и упрощает отладку многопоточных приложений.

Хотя GIL может быть препятствием для использования потоков, существуют альтернативные подходы для обеспечения параллельной обработки, такие как использование процессов, асинхронного программирования и внешних библиотек, которые обходят GIL.

Feb. 17, 2024, easyoffer