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Python線程進(jìn)程

2019-11-09 19:37:48
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供稿:網(wǎng)友
作者:一刀捅死大萌德鏈接:https://zhuanlan.zhihu.com/p/20953544來(lái)源:知乎著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán),非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。最近在看Python的多線程,經(jīng)常我們會(huì)聽(tīng)到老手說(shuō):“python下多線程是雞肋,推薦使用多進(jìn)程!”,但是為什么這么說(shuō)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(qiáng)調(diào)背景:

1、GIL是什么?GIL的全稱是Global InterPReter Lock(全局解釋器鎖),來(lái)源是python設(shè)計(jì)之初的考慮,為了數(shù)據(jù)安全所做的決定。

2、每個(gè)CPU在同一時(shí)間只能執(zhí)行一個(gè)線程(在單核CPU下的多線程其實(shí)都只是并發(fā),不是并行,并發(fā)和并行從宏觀上來(lái)講都是同時(shí)處理多路請(qǐng)求的概念。但并發(fā)和并行又有區(qū)別,并行是指兩個(gè)或者多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生;而并發(fā)是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。)在Python多線程下,每個(gè)線程的執(zhí)行方式:1.獲取GIL2.執(zhí)行代碼直到sleep或者是python虛擬機(jī)將其掛起。3.釋放GIL

可見(jiàn),某個(gè)線程想要執(zhí)行,必須先拿到GIL,我們可以把GIL看作是“通行證”,并且在一個(gè)python進(jìn)程中,GIL只有一個(gè)。拿不到通行證的線程,就不允許進(jìn)入CPU執(zhí)行。

在python2.x里,GIL的釋放邏輯是當(dāng)前線程遇見(jiàn)IO操作或者ticks計(jì)數(shù)達(dá)到100(ticks可以看作是python自身的一個(gè)計(jì)數(shù)器,專門做用于GIL,每次釋放后歸零,這個(gè)計(jì)數(shù)可以通過(guò) sys.setcheckinterval 來(lái)調(diào)整),進(jìn)行釋放。

而每次釋放GIL鎖,線程進(jìn)行鎖競(jìng)爭(zhēng)、切換線程,會(huì)消耗資源。并且由于GIL鎖存在,python里一個(gè)進(jìn)程永遠(yuǎn)只能同時(shí)執(zhí)行一個(gè)線程(拿到GIL的線程才能執(zhí)行),這就是為什么在多核CPU上,python的多線程效率并不高。

那么是不是python的多線程就完全沒(méi)用了呢?

在這里我們進(jìn)行分類討論:

1、CPU密集型代碼(各種循環(huán)處理、計(jì)數(shù)等等),在這種情況下,ticks計(jì)數(shù)很快就會(huì)達(dá)到閾值,然后觸發(fā)GIL的釋放與再競(jìng)爭(zhēng)(多個(gè)線程來(lái)回切換當(dāng)然是需要消耗資源的),所以python下的多線程對(duì)CPU密集型代碼并不友好。

2、IO密集型代碼(文件處理、網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)等),多線程能夠有效提升效率(單線程下有IO操作會(huì)進(jìn)行IO等待,造成不必要的時(shí)間浪費(fèi),而開(kāi)啟多線程能在線程A等待時(shí),自動(dòng)切換到線程B,可以不浪費(fèi)CPU的資源,從而能提升程序執(zhí)行效率)。所以python的多線程對(duì)IO密集型代碼比較友好。

而在python3.x中,GIL不使用ticks計(jì)數(shù),改為使用計(jì)時(shí)器(執(zhí)行時(shí)間達(dá)到閾值后,當(dāng)前線程釋放GIL),這樣對(duì)CPU密集型程序更加友好,但依然沒(méi)有解決GIL導(dǎo)致的同一時(shí)間只能執(zhí)行一個(gè)線程的問(wèn)題,所以效率依然不盡如人意。

多核多線程比單核多線程更差,原因是單核下多線程,每次釋放GIL,喚醒的那個(gè)線程都能獲取到GIL鎖,所以能夠無(wú)縫執(zhí)行,但多核下,CPU0釋放GIL后,其他CPU上的線程都會(huì)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng),但GIL可能會(huì)馬上又被CPU0拿到,導(dǎo)致其他幾個(gè)CPU上被喚醒后的線程會(huì)醒著等待到切換時(shí)間后又進(jìn)入待調(diào)度狀態(tài),這樣會(huì)造成線程顛簸(thrashing),導(dǎo)致效率更低

回到最開(kāi)始的問(wèn)題:經(jīng)常我們會(huì)聽(tīng)到老手說(shuō):“python下想要充分利用多核CPU,就用多進(jìn)程”,原因是什么呢?

原因是:每個(gè)進(jìn)程有各自獨(dú)立的GIL,互不干擾,這樣就可以真正意義上的并行執(zhí)行,所以在python中,多進(jìn)程的執(zhí)行效率優(yōu)于多線程(僅僅針對(duì)多核CPU而言)。

所以我們能夠得出結(jié)論:多核下,想做并行提升效率,比較通用的方法是使用多進(jìn)程,能夠有效提高執(zhí)行效率


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