线程，线程安全与python的GIL锁

2023-08-20 15:46:58

在看的过程中，接触到一个名词，一个从学python开始就一直看到，但是从来都是一知半解的名词，心里不开心，必须把它搞明白，对了，这个词就是 GIL。网上搜索了一些资料，粗浅的理解了什么是GIL，自己感觉学习的过程比较好，感觉略有收获，老规矩，为了巩固知识，自己整片文章出来写一写，其实好多文章已经写的很完善了，所以这篇随笔，只做知识巩固，如有雷同，请各位原创作者原谅，小菜鸟一枚，如果哪里写的有问题，还请各位前辈不吝指正。

　　一句话：解决多线程之间数据完整性和状态同步的最简单方法自然就是加锁。

　　首先，GIL的全名，Global Interpreter Lock，鉴于英文水平，不做名词翻译，以免误导。大体解释一下，这个锁就是用来为了解决Cpython多线程中线程不安全问题引入的一个全局排它锁，它的作用就是在多线程情况下，保护共享资源，为了不让多个线程同时操作共享资源，导致不可预期的结果而加上的锁，在一个线程操作共享资源时，其他线程请求该资源，只能等待GIL解锁。这个设置在Cpython刚引入多线程概念的时候就有了，然后后续的各种包和组件开发都不可避免的受到了GIL的影响，所以有人会说，python在多线程处理的时候很慢。python GIL实现方式类似于如下伪代码：

if __name__ == '__main__':
    GIL锁开始运作
    主线程做操作
    主线程完成操作
    GIL锁释放资源

所以多线程共同操作共享资源的时候，有一个线程竞得了资源，它就被GIL锁保护起来，其他线程只能是在那里等着，但是这个时候，线程的休眠唤醒，全部会消耗CPU资源，所以嘞，就会慢。

　　看到这个时候，我又发现了一个名词：线程安全。这个名词，也是那种特别熟悉，但就是无法清晰的说出它是啥的概念。查了资料，在这记一下：

　　线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据。

　　我自己想了一下，大约就是这样，比如整个列表，俩个线程同时在列表中append操作，如果没有锁的保护，在机缘巧合之下，俩个线程同时先后申请了空间且没来得及插入数据，然后这时列表中只会有一个空间，那么在插入过程中只能有一个数据写入，会造成不可知后果，有可能报错终止，有可能有一个线程操作没成功，那么这个就是线程不安全了，大白话说，只要线程之间没有共享资源，那么就是线程安全的，有共享资源，为了保证线程安全，需要引进锁的机制。

　　而后的文章中，有前辈做过实验：

顺序执行的单线程(single_thread.py)

#! /usr/bin/python

from threading import Thread
import time

def my_counter():
    i = 0
    for _ in range(100000000):
        i = i + 1
    return True

def main():
    thread_array = {}
    start_time = time.time()
    for tid in range(2):
        t = Thread(target=my_counter)
        t.start()
        t.join()
    end_time = time.time()
    print("Total time: {}".format(end_time - start_time))

if __name__ == '__main__':
    main()

同时执行的两个并发线程(multi_thread.py)

#! /usr/bin/python

from threading import Thread
import time

def my_counter():
    i = 0
    for _ in range(100000000):
        i = i + 1
    return True

def main():
    thread_array = {}
    start_time = time.time()
    for tid in range(2):
        t = Thread(target=my_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()

最终结果如下：

以上测试代码和图片引用自：

http://cenalulu.github.io/python/gil-in-python/

过程证明了因为GIL的存在，导致python在使用多线程的时候反而不如顺序执行快。

　　此处我又温习了一下python线程：

　　线程的顺序执行还是多线程并发，取决于join函数的位置。join函数的作用是等待当前线程结束，所以每一个线程创建之后，调用start函数，这是在后面跟上该线程的join函数，那么就是顺序执行，如果多个线程先完成创建和start，最后加上join函数，那么就变成了多线程并发。

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