python 3.7多线程中的GIL行为

Question

我正在研究并试图了解 python GIL 和在 python 中使用多线程的最佳实践。我找到了这个演示文稿和这个视频

我试图重现演示文稿前 4 张幻灯片中提到的奇怪和疯狂的问题。这个问题老师在视频中也提到过（前4分钟）。我写了这个简单的代码来重现问题

from threading import Thread
from time import time

BIG_NUMBER = 100000
count = BIG_NUMBER


def countdown(n):
    global count
    for i in range(n):
        count -= 1


start = time()
countdown(count)
end = time()
print('Without Threading: Final count = {final_n}, Execution Time = {exec_time}'.format(final_n=count, exec_time=end - start))

count = BIG_NUMBER
a = Thread(target=countdown, args=(BIG_NUMBER//2,))
b = Thread(target=countdown, args=(BIG_NUMBER//2,))
start = time()
a.start()
b.start()
a.join()
b.join()
end = time()
print('With Threading: Final count = {final_n}, Execution Time = {exec_time}'.format(final_n=count, exec_time=end - start))

但是结果和论文和视频完全不一样！带线程和不带线程的执行时间几乎相同。有时这两种情况中的一种比另一种快一点。

这是我在使用多核架构处理器的 Windows 10 下使用 CPython 3.7.3 得到的结果。

Without Threading: Final count = 0, Execution Time = 0.02498459815979004
With Threading: Final count = 21, Execution Time = 0.023985862731933594

另外我根据视频和论文的理解是 GIL 防止在两个核心中同时真正并行执行两个线程。所以如果这是真的，为什么最终的计数变量（在多线程情况下）不像预期的那样为零，并且在每次执行结束时可能是不同的数字，这可能是因为同时操作线程？在比视频和论文（使用 python 3.2）更新的 python 中，GIL 发生了什么变化会导致这些不同吗？提前致谢

Answer 1

Python 不是直接执行的。它首先被编译成所谓的Python 字节码。这个字节码在其思想上类似于原始汇编。字节码被执行。

GIL 的作用是不允许两个字节码指令并行运行。尽管某些操作（例如 io）确实会在内部释放 GIL 以在可以证明它不能破坏任何内容时允许真正的并发。

现在你需要知道的是count -= 1 它不会编译成单个字节码指令。它实际上编译成4条指令

LOAD_GLOBAL              1 (count)
LOAD_CONST               1 (1)
INPLACE_SUBTRACT
STORE_GLOBAL             1 (count)

这大致意味着

load global variable into local variable
load 1 into local variable
subtract 1 from local variable
set global to the current local variable

这些指令中的每一个都是原子的。但是顺序可以由线程混合，这就是为什么你会看到你所看到的。

那么 GIL 的作用是使执行流程串行化。意思指令一个接一个地发生，没有什么是平行的。因此，理论上当您运行多个线程时，它们将执行与单线程相同的操作，减去花费在（所谓的）上下文切换上的一些时间。我在 Python3.6 中的测试确认执行时间是相似的。

然而，在 Python2.7 中，我的测试显示线程的性能显着下降，大约 1.5 倍。我不知道这是什么原因。除了 GIL 之外的其他事情必须在后台发生。