深挖 GIL锁

重述 GIL 锁机制

我们知道GIL锁，它是用来保证线程安全的。

比如说，有一条代码 是 x = 10 的赋值语句，当你产生了 10 这个数值还没有进行赋值给x的时候，cpu发生了调度切换了，有可能切换到了 垃圾回收线程上，这个时候的垃圾回收线程就会发现有一个引用计数为 0 的内存空间，于是就把他给释放掉了，这就导致了这条赋值语句的失败。也就造成了线程不安全的情况。

所以为了解决这个问题，就有了GIL全局解释器锁。

大白话来讲GIL锁，就是一个进程开启了，这个进程一共有3个线程，这三个线程会去抢GIL锁，只有抢到了GIL锁，解释器进程才会去执行这个线程的代码，抢到了GIL锁以后，等待cpu调度切换到了这个进程，这个进程中的线程开始执行，cpu不停地在这三个线程切换，只有其中拿到了GIL锁的线程才能被执行，其他的两个线程，就算拿到了cpu的执行权，也没有被执行。

问题

现在就有个问题，那这个拿到了GIL锁的线程什么时候才会释放GIL锁？

答案

当遇到io等待的时候，就会释放这个GIL锁。

问题二

什么是io，其实不止是增删读写文件，赋值操作也是io，关于文件的操作是磁盘io，赋值操作是内存io，因为它涉及到内存的申请了。那么他不就是在赋值的时候就释放了GIL锁了吗？

答案

内存io不会造成io等待。所以不会释放GIL锁。

总述GIL锁

1.释放GIL锁的目标，是为了释放CPU，因为CPU在执行任务的角度上看是最珍贵的资源，没有之一，所以才让CPU去执行其它任务。
2.进程/线程自身只有分配给它的时间片到了，才会主动释放CPU，其它任何时候的CPU释放，都是被逼释放的，操作系统会强制收回。如果进程自身实现了调度器(比如GIL管理器，Go的goroutine管理器)，进程自身也可以强制收回。还是那句话，收回CPU是为了不浪费CPU
3.如果进程想要和外界交互，比如读取read磁盘文件，程序自身是没有资格读的，只能通过read系统调用求操作系统。既然是求它做任务，当然要把CPU交还给操作系统，否则操作系统也没法执行任务。也就是说这个时候，CPU已经脱离了进程，而是被操作系统抓在手里。
3.发生IO等待，速度太慢太慢，所以操作系统为所有IO等待类的系统调用设置了IO等待事件。只要程序请求操作系统做某件事，操作系统肯定就知道这个请求会不会IO等待。如果会，操作系统直接就把CPU分给其它进程了，而不会再调度请求它的那个进程。
5.所以结论才是， IO等待导致重新调度其它进程/线程，CPU切换走。使用GIL的时候，解释器进程要调度执行其它线程分支，自然要先释放GIL锁，然后再锁被调度选中的线程。

也就是说，这种申请内存的操作，是在一个程序内部执行的，而不需要请求操作系统去做，自然就不算是io等待，不是io等待，也就不会发生cpu重新调度，所以解释器进程也就不会去调度执行其他线程分支，自然就不会释放gil，关键就是，只要不请求操作系统，操作系统就不知道，就不会收走cpu的执行权，所以赋值操作这种在程序内部完成的，是不会产生io等待的，就算是内存IO，哪怕是赋值100W个元素的列表，在申请内存的时候也不会主动释放CPU。

释放GIL锁的两种方式

1.主动释放：io操作的时候，就会释放，这属于主动释放

2.被动释放：占用GIL锁时间过长，如解释器不间断执行了1000字节码的指令或不间断运行了15毫秒。都会释放GIL锁。

注：要想执行一个线程，必须同时拿到GIL锁和cpu执行权。