Введение Наверняка если вы изучаете питон вы слышали об одной | Holy Python

Введение

Наверняка если вы изучаете питон вы слышали об одной достаточно известной аббревиатуре - GIL,
если вы немного углублялись в тему вы могли узнать что это штука как-то связана с потокам

Сегодня мы попробуем разобраться что это, как это работает и зачем это нужно питону.

GIL

GIL(Глобальная блокировка интерпретатора) - это один из способов синхронизации потоков, который позволяет только одному потоку управлять интерпретатором Python. Задача GIL сделать интерпретатор CPython потокобезопасным.

Грубо говоря это значит, что в любой момент времени выполнения программы может находиться только один поток.

Казалось бы, зачем вводить такие ограничения? Это же может очень сильно навредить производительности многопоточных программ?

Да, это очень резонные вопросы к данному подходу, GIL и вправду очень часто является "бутылочным горлышком" производительности многопоточных программ. Однако данный механизм не был добавлен просто так, дело в том, что GIL решает одну довольно серьёзную проблему о которой мы поговорим ниже.

Проблема гонки

У каждого объекта в питоне есть свой "счётчик ссылок", который отслеживает количество ссылок указывающий на данный объект.

Если счётчик = 0, то память занятая объектом высвобождается.

Пример:


import sys

x = 3
a = x
print(sys.getrefcount(x)) # 38 refs
del a
print(sys.getrefcount(x)) # 37 refs

Проблема в том что несколько потоков могут одновременно изменять значение одного счетчика(или обращаться к одному и тому же участку памяти), это может привести к разным непредвидемым последствиям(например утечки памяти).

Именно эту проблему в случае питона и решает GIL.

Если нет параллельных потоков, то и никаких проблем с ними не будет)

Как работает GIL?

Когда какой-либо поток захватывает GIL, остальные потоки которые хотят захватить его вынуждены ждать. Переключение между потоками может происходить: когда активный поток пытается осуществить ввод-вывод, по исчерпании лимита выполненных инструкций, либо по таймеру

Уточнения: Переключения между потоками создают издержки, это основная причина почему многопоточные программы могут быть медленнее однопоточных.

Почему в питоне используется именно GIL и его не удалили/заменили?

1. GIL очень прост в реализации
2. GIL повышает производительность однопоточных программ.

Есть достаточное количество решений проблемы гонки, однако они либо снижают производительность однопоточных и/или многопоточных программ, либо являются слишком сложными в реализации.

Плюс, даже если будет найдено адекватное решение проблемы гонки, которое удовлетворяет всем требованиям питона, оно сломает существующие расширения на C, которые зависят от GIL.

Достаточное количество разработчиков предпринимали попытки убрать GIL, однако ничего толкового из этого не вышло.

Дополнительные материалы

https://wiki.python.org/moin/GlobalInterpreterLock
https://towardsdatascience.com/python-gil-e63f18a08c65