Python讲解执行原理我是Python线程，我的工作是讲解和执行程序员写的Python代码。之所以解释执行，是因为Python是高级语言，CPU小伙不懂Python代码，需要运行的时候动态翻译成CPU指令。我把Python源代码一个一个“编译”成字节码文件：.pyc，这是一个人类看不懂，只有我看得懂的二进制文件。那么我的工作就简单了，我不断的取出字节码文件中的“指令”进行解释和执行，直到指令全部执行完毕，我就可以休息了。GIL后来，多线程编程技术流行起来，进程中不止我一个线程，又来了几个新的小伙伴。本以为我们可以和平共处，没想到却惹来了麻烦。我们都我行我素，经常导致内存空间出问题，也找不到责任人。终于有一天，我实在受不了了，召集大家商量解决办法。“小朋友们，我们不能再这样各自为政了，我们是一个Team，需要相互配合，一根线可以走得快，一群线在一起才能走得更远！”“老大，你有什么？”说出你的想法，”另一个线程说。“怎么样，让我们??加一把锁吧！它简单快捷。每个线程要执行代码都需要申请这个锁。只有拿到了申请才能执行，否则就得等，”我说。至于保证别人有机会执行吗？”“那怎么算？每执行一个字节码你算一次吗？”“是的，但不必如此死板。有些指令比较简单，可以很快完成，所以不需要计数。”“很好，但是如果计数不到100，在执行I/O操作时会被阻塞。如果还占用锁，那不是浪费资源吗？”小伙伴们急忙讨论起来。我想了想说：“就这样吧，结合两种情况。一般情况下，数量达到100就会释放一次锁，但是如果出现阻塞情况，就应该提前释放锁。怎么样？”大家点点头，达成一致，然后我们也给这把锁起了个名字：全局解释器锁GIL。自从用了GIL之后，大家在工作上更加有纪律了，从来没有出现过公共资源遭到破坏的情况。GIL升级版后，多核技术开始兴起，一个CPU可以同时执行多个线程。朋友们高兴地把消息传了出去。“老大，现在CPU多核了，我们可以一起执行，能不能把GIL去掉，这样我们就可以发挥多核的优势了？”“是啊，隔壁的Java线程老是笑话我们，只有一个线程在执行”说起来容易做起来难。多年来，我们一直都是这样工作的。如果一下子要撤掉，出了问题谁也不敢承担责任。“但是老板，这个GIL锁现在不公平”，新线程抱怨道。“哪里不公平？”“我正要执行代码，却发现锁在你手上，只好在那里等着，等了半天就睡着了。最后你放开的时候，操作系统把我叫醒了，准备去申请锁，却发现自己又抢了，浪费表情”，新帖满腹牢骚。“是的，老大，我也发现了，这不是偶然现象，我观察了很久，而且经常发生！我经常被唤醒，但我发现我一直忙于浪费CPU资源没什么，大家都很反感。一个线程哥们也发了言。我有点尴尬，“嗯，这确实是个问题”“还没完”，新帖继续：“现在按照字节码指令条数来统计，但是有的指令代码很简单，有的很复杂，导致同样数到100，有的线程可以运行很长时间，而有的线程运行很快就结束了，这是不公平的。”小伙伴们提的问题很重要，看来是时候升级GIL了。经过热烈的讨论，我们对原有的GIL进行了改进，采用了一种新的策略：不再计数，而是使用时间片：每个线程的执行时间片为5000微秒。为了保证GIL释放后，不会马上被自己抢走，新加了一把锁，实现强制线程切换。改进后终于公平了，大家也没什么好说的了，可以安心工作了。结论Python是一种解释型和执行型语言，具有强大的第三方库和跨平台能力。近年来，Python迎来了第二春，席卷爬虫、Web开发、机器学习等多个领域。但一直以来，Python最受诟病的地方就是它有一把锁：GIL，它让Python无法真正实现多线程执行，无法发挥多核CPU的高性能。其实这个锁和Python无关，而是负责解释执行Python的解释器：CPython的锅。CPython是用C语言编写的Python解释器，也是使用最广泛的Python解释器。一般在没有特殊说明的情况下，Python都是指这个CPython解释器。在Python诞生之初，多线程技术远没有今天这样普及，甚至多核CPU也是在Python诞生多年后才出现的。早期的解释器为了支持多线程，使用了粗糙的GIL来控制，方便简单，但也成为了CPython巨大的历史包袱。在Python3.2之前，Python使用一种简单的计数方式来统计控制每个线程的执行时间。之后引入更公平的时间片方式进行升级替换。在过去的二十年里，很多大牛都尝试过彻底去除GIL，但是都没有完美的成功。Python虽然没能彻底去掉GIL，但幸运的是，它提供了其他几种“曲线救国”方式实现并发：Ctypes通过编写C语言扩展与Python交互，在C语言层面绕过GIL，实现多-核心利用率。MultiProcessPython提供了MultiProcess，它以多进程的方式绕过了GIL。协程也称为用户模式线程。Python3.4之后新增了对协程的支持，这也为性能提升提供了一个选项。本文以第一人称白话的方式讲述了GIL在CPython解释器中的工作原理。你到底懂不懂呢？本文转载自微信♂“编程技术宇宙”，可通过以下二维码关注。转载本文请联系编程技术宇宙公众号。
