近日，開發者 Alex Waygood 在 Python 基金會部落格中提到了上週剛剛舉辦的Python 語言峰會上關於 Python 語言的重大議題 —— “廢除” Python 語言的全域性直譯器鎖（GIL）。
“雙刃劍”：CPython —— 直譯器和編譯器
眾所周知，Python 動態語言的靈活性是把“雙刃劍”。這意味著可以有不同的執行時，例如 Pyston、Cinder、MicroPython、pypypy 等，它們可能支援整個語言、特定版本或子集。但如果你使用的是 Python，那麼你可能正在執行 CPython。
CPython 是用 C 語言編寫的標準 Python 直譯器，它同時還充當著編譯器，因為它的任務是在實際的解釋階段之前以位元組碼的形式編譯 Python 程式碼。
CPython 有一種稱為全域性直譯器鎖 GIL（Global Interpreter Lock）的東西，可以影響執行緒程式碼，即一次只能在直譯器中執行一個執行緒。因此，GIL 一直被看做是該語言發展的固有限制。
之前，也一直有提案想要解決這個問題，例如將效能關鍵部分移到 C 或使用多個直譯器。但要滿足以上期望，直譯器使用者的受眾可能會擴大。目前有幾種替代方案，例如通過專用於 JVM（Java 虛擬機器）和 CLR（公共語言執行時）的方案，但以上多數現有的解決方案都有相當大的缺點。
所以基於以上背景，“不帶全域性直譯器鎖的 Python” 的支援聲逐漸受到關注。
多次嘗試被廢除：GIL 究竟該如何擺脫掉
直到此次的 Python 語言峰會上，Meta 高階工程總監 Sam Gross 在有關 “nogil”專案的主題中，提出了“廢除 GIL ”的相關議題。
據悉，該提議是基於之前在 Python 中廢除 GIL 的想法。Gross 最初在使用第三方程式碼的 Python 專案中遇到了問題，因此開始思考“如果沒有 GIL”的話如何使得執行緒安全的進行。
前面提到過，全域性直譯器鎖 GIL 一次只能在直譯器中執行一個執行緒，所以當你可以保證一次只執行一個執行緒時，程式狀態或許會更容易推理。但如果沒有 GIL，引用計數、記憶體分配、方法解析順序快取和垃圾收集執行緒則會變得不安全。
那麼，該如何擺脫 GIL 呢？
據報導，早前 Sam Gross 就專門對這一演變進行了討論。由於 CPython 中的設計是“執行緒安全”，但它依賴於 GIL。想要擺脫 GIL，首先，就要對參考計數進行重大更改。
為了知道垃圾收集器是否可以釋放記憶體中的物件，它會統計對該物件的所有引用。目前，引用計數是非原子性的，將所有引用計數操作更改為原子性操作會對效能造成巨大影響。
Sam Gross 在該提案中使用了一種稱為“有偏引用計數”（biased reference counting ）的技術，用於獲取本地和共享引用。本地引用可以利用非原子性操作，擁有執行緒將本地引用和共享引用結合起來以跟蹤所有權。這種方法非常適用於單執行緒物件，或者只被幾個執行緒少量使用的物件。
在程式的生命週期中存在幾個物件，如插入字串、True、False 和 None，它們可以被標記為“不朽”（immortal），從而將它們的引用計數開銷減少到零。通過利用引用計數字段中的最低有效位，物件被標記為“不朽”。經常訪問但不能保證“不朽”的物件延遲了引用計數，這意味著唯一需要的引用計數是當引用儲存在堆上時，此更改的一個副作用是無法立即回收物件，因為需要掃描堆疊以查詢任何剩餘的引用。
Sam Gross 用 mimalloc 替換了標準的 pymalloc 記憶體分配器，mimalloc 是 malloc 的一個替代品，提供了執行緒安全和效能。這種交換的好處是，這個分配器允許執行時在沒有顯式列表的情況下查詢 GC 跟蹤的物件。這是一個顯著的效能提升，但這意味著不能只交換另一個與 malloc 相容的分配器，而期望垃圾收集和收集具有相同的執行緒安全性。
Python 尚未決定是否刪除 GIL
關於為何要刪除 GIL 的問題，Python 基金會部落格中解釋稱，“為了讓 Python 在沒有 GIL 的情況下有效地工作，必須向大多數程式碼中新增新鎖，以確保其保持執行緒安全，但向現有程式碼中新增新鎖可能非常困難，因為在某些領域可能會出現大幅放緩。”
此次，Sam Gross “刪除 GIL”的新提議似乎已經受到了 Python 核心開發團隊其他成員的“熱情”歡迎。現在，要解決的主要問題是如何在 CPython 上實施如此巨大的變革。
據悉，CPython 的下一個版本（或為 CPython 3.11）預計將於 2022 年 10 月釋出，不知道屆時會不會有大更新，但報導稱開發人員們尤其希望通過此更新獲得更高的效能和對在 web 瀏覽器上下文中執行的支援的整合。
過去的一段時間裡，由於 GIL 阻礙了語言的進發，開發者曾多次嘗試在標準實現 CPython 中廢除這種技術。此次，“刪除 GIL”的新提議終於來了，儘管 Python 官方尚未就實施作出最終決定，但一切依舊值得期待。