原文：https://blog.nowcoder.net/n/f6999765005349b3b47ab8e8921dc898
GIL详解
GIL全称global interpreter lock，全局解释器锁，是 Python 解释器中的一个布尔值，受到互斥保护。这个锁被 CPython 中的核心字节码用来评估循环，并调节用来执行语句的当前线程。
每个线程在执行的时候都需要先获取GIL，保证同一时刻只有一个线程可以执行代码，即同一时刻只有一个线程使用CPU。执行单线程程序的开发人员看不到GIL的影响，但它可能是CPU绑定多线程代码中的性能瓶颈。
由于即使在具有多个CPU核心的多线程体系结构中，GIL一次只允许一个线程执行，因此GIL已经称为Python的“臭
名昭著”的特性。
GIL为Python解决了什么问题？
Python使用引用计数来进行内存管理。这意味着在Python中创建的对象具有引用计数变量，该变量用于跟踪指向
该对象的引用数。当此技术达到0的时候，释放对象占用的内存
示例
a = []
b = a
sys.getrefcount(a) # 查看空列表的引用次数。
在上面的示例中，空列表对象的引用计数为3，a和b参数引用各一次，在调用sys.getrefcount()的时候也引用一次。
回到GIL：
问题是这个引用计数变量需要防止竞争条件，如果其中两个线程同时增加或减少其值。发生这种情况，它可能导致从未释放的内存泄漏，或者更糟糕的是，在对该对象的引用仍然存在时错误地释放内存。这可能会导致Python程序中出现崩溃或其他“怪异”错误。
通过向跨线程共享的所有数据结构添加锁，可以保持此引用计数变量的安全性，从而保证不会对它们进行不一致的修改。
但是为每个对象或对象组添加一个锁意味着将存在多个锁，这可能导致另一个问题 - 死锁（死锁只有在有多个锁时才会发生）。另一个问题是由于重复获取和释放锁而导致的性能下降。
GIL是解释器本身的一个锁，它增加了一条规则，即执行任何Python字节码都需要获取解释器锁。这可以防止死锁（因为只有一个锁）并且不会引入太多的性能开销。但它也让任何受CPU限制的Python程序都是单线程的。
GIL虽然被解释器用于其他语言（如Ruby），但并不是解决此问题的唯一方法。有些语言通过使用除引用计数之外的方法（例如垃圾收集）来避免需要GIL对线程安全内存管理。
另一方面，这意味着这些语言通常需要通过添加其他性能提升特性（如 JIT编译器 ）来弥补GIL单线程性能优势的损失。
为什么选择GIL作为解决方案
那么为什么要在Python中使用GIL呢？
自从操作系统没有线程概念以来，Python就已存在。Python的设计易于使用，以便更快地开发，越来越多的开发人员开始使用它。
有许多扩展正在为那些Python中需要其特性的C语言库而编写、服务。为了防止不一致的更改，这些C扩展需要GIL提供的线程安全内存管理。
GIL易于实现，很容易添加到Python中。它为单线程程序提供了性能提升，因为只需要管理一个锁。
非线程安全的C库变得更容易集成。这些C扩展成为不同社区容易采用Python的原因之一。
正如您所看到的，GIL是一个实用的解决方案，可以解决CPython开发人员在Python生命中早期面临的一个难题。
对多线程的Python程序影响
当你在查看一个典型的Python程序——或任何计算机程序时，它们在性能上受CPU限制与受I / O限制是存在区别的。(这里的意思是说，不同的程序，限制它们的性能的原因是不一定相同的，有可能受到CPU限制，有可能受到I/O限制)
CPU绑定程序是那些将CPU推向极限的程序。这包括进行数学计算的程序，如矩阵乘法，搜索，图像处理等。
I / O绑定程序是花费时间等待输入/输出的程序，它可以来自用户，文件，数据库，网络等.I / O绑定程序有时需要等待很长时间才能从源头获取他们需要的东西，因为源可能需要在输入/输出准备好之前进行自己的处理，例如，用户考虑输入什么，或者在运行的数据库查询的过程。
让我们来看一个执行倒计时的简单CPU绑定程序：
from threading ``import Thread
COUNT = ``50000000
def countdown(n):
while n>``0``:
n -= ``1
start = time.time()
countdown(COUNT)
end = time.time()
print(``'Time taken in seconds -'``,end-start)
运行这段代码输出：
Time taken in seconds - ``3.368496894836426
现在使用两个并行线程将代码修改为相同的倒计时：
import time
from threading ``import Thread
COUNT = ``50000000
def countdown(n):
while n>``0``:
n -= ``1
t1 = Thread(target=countdown, args=(COUNT``//2,))
t2 = Thread(target=countdown, args=(COUNT``//2,))
start = time.time()
t1.start()
t2.start()
t1.join()
t2.join()
end = time.time()
print(``'Time taken in seconds -'``, end - start)
再次运行：
Time taken in seconds - ``3.0929627418518066
可以看出，两个版本的完成时间几乎相同。在多线程版本中，GIL防止了CPU所绑定的线程并行执行GIL对I / O绑定的多线程程序的性能影响不大，因为线程在等待I / O时是共享锁的。
但是线程完全受CPU约束的程序，例如，使用线程处理部分图像的程序，不仅会因锁而成为单线程，而且与编写为完全单线程的场景相比，还会导致执行时间的增加，如上例所示。
这种增加是锁的获取和释放开销的结果。
为什么还没有删除GIL？
Python有许多的由C语言编写的扩展库，这些扩展库在很大程度上依赖于由GIL提供的解决方案，如果删除GIL，会导致现有的C扩展被破坏，许多地方需要重写甚至完全重写。
当然，还有其他解决方案可以解决GIL解决的问题，但有些解决方案是会降低单线程和多线程或者I/O绑定的程序的性能的。
Python3中对GIL的改进
Python 3为现有的GIL带来了重大改进 -
GIL会对 “仅CPU限制” 和 “仅I / O绑定” 的多线程程序造成影响，但是如果一个多线程程序，其中有些线程受I / O约束和有些线程受CPU约束会怎么样呢？
在这样的程序中，已知Python的GIL会使I / O绑定的线程匮乏，因为它们没有机会从CPU绑定的线程中获取GIL。
这是因为Python内置了一种机制，强制线程在连续使用固定间隔后释放GIL ，如果没有其他人获得GIL，则相同的线程可以继续使用它。
>>>``import sys
>>>sys.getchectinterval() # 返回检查间隔值
100
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这种机制的问题在于，大多数情况下，CPU绑定的线程会在其他线程获取GIL之前重新获取GIL。
在Python 3.2中修复了这个问题，并且添加了一种机制，可以查看被删除的其他线程的GIL获取请求数，并且在其他线程有机会运行之前不允许当前线程重新获取GIL。
如何处理Python的GIL
多进程与多线程：最流行的方法是使用多进程方法，使用多个进程而不是线程。每个Python进程都有自己的Python解释器和内存空间，因此GIL不会成为问题。Python有一个multiprocessing模块，可以轻松地创建进程：
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from multiprocessing ``import Pool
import time
COUNT = ``50000000
def countdown(n):
while n>``0``:
n -= ``1
if __name__ == ``'__main__'``:
pool = Pool(processes=``2``)
start = time.time()
r1 = pool.apply_async(countdown, [COUNT``//2])
r2 = pool.apply_async(countdown, [COUNT``//2])
pool.close()
pool.join()
end = time.time()
print(``'Time taken in seconds -'``, end - start)
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运行结果:
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1
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Time taken in seconds - ``2.558570623397827
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与多线程版本相比，性能有了不错的提升。
耗费时间没有下降到上面看到的一半，是因为流程管理有自己的开销。多进程要比多线程的开销更多，这也可能会成为一个扩展瓶颈。
替代Python解释器： Python有多个解释器实现。分别用C，Java，C＃和Python编写的CPython，Jython，IronPython和PyPy是最受欢迎的。GIL仅存在于CPython的原始Python实现中。如果程序及其库可用于其他实现之一，那么也可以尝试其他的Python解释器。
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