Python新提案：使全局解釋器鎖成為可選項(xiàng)

去年的 2022 Python 語(yǔ)言峰會(huì)上，開發(fā)者 Sam Gross 帶來了新提案：刪除全局解釋器鎖 GIL，解放多線程性能。但由于 GIL 歷史悠久，許多官方 / 非官方的 Python 包和模塊都深度融合了 GIL 模塊，徹底移除 GIL 功能可能會(huì)對(duì)生態(tài)造成影響。在 2023 年 1 月 9 日， Sam Gross 又創(chuàng)建了另一個(gè) Python 提案 PEP 703：使全局解釋器鎖成為構(gòu)建 Python 的可選項(xiàng)。

CPython 的全局解釋器鎖（“GIL”）防止多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行 Python 代碼，GIL 是 Python 有效使用多核 CPU 的障礙。

向 CPython 添加一個(gè)構(gòu)建配置 （ --without-gil） ，使其可在沒有全局解釋器鎖的情況下運(yùn)行 Python 代碼，并進(jìn)行必要的更改，以使解釋器線程安全。

這條 PEP 提案的內(nèi)容可謂是論文級(jí)別。提案中先闡述了 GIL 對(duì) Python 并發(fā)的性能阻礙，隨后詳細(xì)分析了抽離 GIL 需要對(duì) Python 內(nèi)部進(jìn)行哪些改動(dòng)：

移除全局解釋器鎖需要對(duì) CPython 內(nèi)部進(jìn)行大量更改，但對(duì)公共 Python 和 C API 的更改相對(duì)較少。

實(shí)施的變更大約分為以下四類：

引用計(jì)數(shù)、內(nèi)存管理、容器線程安全、鎖和 atomic API

由于該提案內(nèi)容實(shí)在太多，感興趣的朋友請(qǐng)?jiān)?PEP 703 詳情頁(yè)（https://peps.python.org/pep-0703）和 Cpython 核心開發(fā)者對(duì)該提案的討論帖（https://discuss.python.org/t/pep-703-making-the-global-interpreter-lock-optional/22606/10）中細(xì)閱。

目前此 PEP 已經(jīng)有了參考實(shí)現(xiàn)，它的原型源于當(dāng)初為了移除 GIL 而開發(fā)的 nogil 項(xiàng)目，該原型對(duì)單線程代碼帶來較明顯 （~10%） 性能提升。

如果該提案通過，意味著默認(rèn)情況下 CPython 不會(huì)刪除或關(guān)閉 GIL，也不會(huì)讓用戶有選擇地啟用 / 刪除 GIL。因?yàn)?-without-gil是一個(gè)編譯時(shí)標(biāo)志，可以在從源代碼構(gòu)建 Python 解釋器時(shí)進(jìn)行設(shè)置。但如果棄用該配置，會(huì)導(dǎo)致對(duì)解釋器的構(gòu)建和運(yùn)行方式的深度侵入性更改，PEP 中也對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

對(duì)用戶側(cè)來說，該改動(dòng)意味著如果用戶使用任何帶有編譯擴(kuò)展的包，將需要獲取或構(gòu)建一個(gè)專門針對(duì) Python 解釋器的（不同的）ABI 編譯的版本，該版本在沒有 GIL 的情況下編譯。

關(guān)于 Python GIL

由于 CPython 的內(nèi)存管理非線程安全，因此設(shè)計(jì)了 CPython 的 GIL （Global Interpreter Lock - 全局解釋器鎖），以防止競(jìng)爭(zhēng)條件并確保線程安全。GIL 是一個(gè)互斥鎖，只允許一個(gè)線程持有 Python 解釋器的控制權(quán)，從而保護(hù)對(duì) Python 對(duì)象的訪問，防止多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行 Python 字節(jié)碼。

但事后看來，GIL 并不理想，因?yàn)樗柚沽硕嗑€程的 CPython 程序充分利用多核處理器的性能。

審核編輯 ：李倩