Python GIL の入門: グローバル インタープリター ロックを理解して使用する方法

GIL とは何ですか?

GIL は、グローバル インタプリタ lock の略称であり、python インタプリタの重要な概念です。 GIL は、Python インタプリタが一度に 1 つの スレッド のみを実行できることを保証します。これは、常に 1 つのスレッドだけが Python バイトコードを実行できることを意味します。他のスレッドは、実行を続行する前に、GIL が使用可能になるまで待機する必要があります。

GIL はどのように機能しますか?

GIL は C 言語 で書かれたロックで、Python インタプリタ内にあります。スレッドが Python バイトコードを実行したい場合は、まず GIL を取得する必要があります。 GIL がすでに別のスレッドによって保持されている場合、そのスレッドは実行を続行する前に GIL が使用可能になるまで待機する必要があります。

GIL は Python プログラムにどのような影響を与えますか?

GIL が Python プログラムに与える影響は多岐にわたります。まず、Python プログラムが マルチスレッド環境でマルチコア CPU を最大限に活用できなくなります。これは、GIL によって、Python バイトコードを同時に実行できるのは 1 つのスレッドだけであることが保証されるためです。つまり、他のスレッドは、実行を続行する前に GIL が使用可能になるまで待機する必要があります。

第二に、GIL により、特定の状況下で Python プログラムがデッドロックになりやすくなります。たとえば、1 つのスレッドが GIL を保持して別のスレッドがロックを解放するのを待機し、別のスレッドがロックを保持して GIL が使用可能になるのを待機している場合、2 つのスレッドはデッドロックでスタックします。

GIL を理解して使用するにはどうすればよいですか?

GIL を理解して使用するには、まず GIL がどのように機能するかを理解する必要があります。上で述べたように、GIL は C で記述され、Python インタープリターに配置されるロックです。スレッドが Python バイトコードを実行したい場合は、まず GIL を取得する必要があります。 GIL がすでに別のスレッドによって保持されている場合、そのスレッドは実行を続行する前に GIL が使用可能になるまで待機する必要があります。

第二に、Python プログラムに対する GIL の影響を理解する必要があります。 Python プログラムに対する GIL の影響は多岐にわたります。まず、Python プログラムがマルチスレッド環境でマルチコア CPU を最大限に活用できなくなります。これは、GIL によって、Python バイトコードを同時に実行できるのは 1 つのスレッドだけであることが保証されるためです。つまり、他のスレッドは、実行を続行する前に GIL が使用可能になるまで待機する必要があります。

第二に、GIL により、特定の状況下で Python プログラムがデッドロックになりやすくなります。たとえば、1 つのスレッドが GIL を保持して別のスレッドがロックを解放するのを待機し、別のスレッドがロックを保持して GIL が使用可能になるのを待機している場合、2 つのスレッドはデッドロックでスタックします。

Python プログラムに対する GIL の悪影響を回避するには、次の措置を講じることができます:

• Python プログラムではマルチスレッドの使用を避けてください。
• マルチスレッドを使用する必要がある場合は、デッドロックを避けるために注意する必要があります。
• GILStateSave() 関数と GILStateRestore() 関数を使用して、GIL を一時的に解放できます。

デモコード:

リーリー

このコードは 10 個のスレッドを作成し、各スレッドがタスク関数を実行します。タスク関数はメッセージを出力します。 main 関数は、まず 10 個のスレッドを作成し、それらを開始します。最後に、main 関数はすべてのスレッドの実行が完了するまで待機します。

このコードを実行すると、GIL は 1 つのスレッドだけが同時にタスク関数を実行するようにします。これは、他のスレッドが実行を続行するには、GIL が使用可能になるまで待機する必要があることを意味します。

GILStateSave() および GILStateRestore() 関数

GILStateSave() 関数と GILStateRestore() 関数を使用して、GIL を一時的に解放できます。これは、I/O 操作など、実行に時間がかかる特定の操作に役立ちます。 GILStateSave() 関数は現在の GIL 状態を保存でき、GILStateRestore() 関数は保存された GIL 状態を復元できます。

次の例は、GILStateSave() 関数と GILStateRestore() 関数の使用方法を示しています。 リーリー

このコードは前のコードと似ていますが、GILStateSave() 関数と GILStateRestore() 関数を使用して GIL を一時的に解放します。これにより、他のスレッドの実行中に GIL を必要としない操作を実行できるようになります。

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