多執行緒問題解釋

純潔的程式碼發表於2020-03-06


最近在看Python的多執行緒,經常我們會聽到老手說:“python下多執行緒是雞肋,推薦使用多程式!”,但是為什麼這麼說呢?
要知其然,更要知其所以然。所以有了下面的深入研究:
首先強調背景:
1、GIL是什麼?GIL的全稱是Global Interpreter Lock(全域性直譯器鎖),來源是python設計之初的考慮,為了資料安全所做的決定。
2、每個CPU在同一時間只能執行一個執行緒(在單核CPU下的多執行緒其實都只是併發,不是並行,併發和並行從巨集觀上來講都是同時處理多路請求的概念。但併發和並行又有區別,並行是指兩個或者多個事件在同一時刻發生;而併發是指兩個或多個事件在同一時間間隔內發生。
在Python多執行緒下,每個執行緒的執行方式:
1.獲取GIL
2.執行程式碼直到sleep或者是python虛擬機器將其掛起。
3.釋放GIL
可見,某個執行緒想要執行,必須先拿到GIL,我們可以把GIL看作是“通行證”,並且在一個python程式中,GIL只有一個。拿不到通行證的執行緒,就不允許進入CPU執行。
在python2.x裡,GIL的釋放邏輯是當前執行緒遇見IO操作或者ticks計數達到100(ticks可以看作是python自身的一個計數器,專門做用於GIL,每次釋放後歸零,這個計數可以通過 sys.setcheckinterval 來調整),進行釋放。
而每次釋放GIL鎖,執行緒進行鎖競爭、切換執行緒,會消耗資源。並且由於GIL鎖存在,python裡一個程式永遠只能同時執行一個執行緒(拿到GIL的執行緒才能執行),這就是為什麼在多核CPU上,python的多執行緒效率並不高。
那麼是不是python的多執行緒就完全沒用了呢?
在這裡我們進行分類討論:
1、CPU密集型程式碼(各種迴圈處理、計數等等),在這種情況下,ticks計數很快就會達到閾值,然後觸發GIL的釋放與再競爭(多個執行緒來回切換當然是需要消耗資源的),所以python下的多執行緒對CPU密集型程式碼並不友好。
2、IO密集型程式碼(檔案處理、網路爬蟲等),多執行緒能夠有效提升效率(單執行緒下有IO操作會進行IO等待,造成不必要的時間浪費,而開啟多執行緒能線上程A等待時,自動切換到執行緒B,可以不浪費CPU的資源,從而能提升程式執行效率)。所以python的多執行緒對IO密集型程式碼比較友好。
而在python3.x中,GIL不使用ticks計數,改為使用計時器(執行時間達到閾值後,當前執行緒釋放GIL),這樣對CPU密集型程式更加友好,但依然沒有解決GIL導致的同一時間只能執行一個執行緒的問題,所以效率依然不盡如人意。
多核多執行緒比單核多執行緒更差,原因是單核下多執行緒,每次釋放GIL,喚醒的那個執行緒都能獲取到GIL鎖,所以能夠無縫執行,但多核下,CPU0釋放GIL後,其他CPU上的執行緒都會進行競爭,但GIL可能會馬上又被CPU0拿到,導致其他幾個CPU上被喚醒後的執行緒會醒著等待到切換時間後又進入待排程狀態,這樣會造成執行緒顛簸(thrashing),導致效率更低
回到最開始的問題:經常我們會聽到老手說:“python下想要充分利用多核CPU,就用多程式”,原因是什麼呢?
原因是:每個程式有各自獨立的GIL,互不干擾,這樣就可以真正意義上的並行執行,所以在python中,多程式的執行效率優於多執行緒(僅僅針對多核CPU而言)。
所以我們能夠得出結論:多核下,想做並行提升效率,比較通用的方法是使用多程式,能夠有效提高執行效率
更多java學習資料可關注:itheimaGZ獲取


相關文章