python学习笔记- day10-4【问题：为什么python的多线程不能利用多核CPU？】

 为什么python的多线程不能利用多核CPU，但是咱们在写代码的时候，多线程的确是在并发，而且还比单线程快。

 

一、python的多线程不能利用多核CPU？

原因：

因为GIL，python只有一个GIL，运行python时，就要拿到这个锁才能执行，在遇到I/O 操作时会释放这把锁。
如果是纯计算的程序，没有 I/O 操作，解释器会每隔100次操作就释放这把锁，让别的线程有机会 执行（这个次数可以通sys.setcheckinterval
来调整）同一时间只会有一个获得GIL线程在跑，其他线程都处于等待状态
1、如果是CPU密集型代码（循环、计算等），由于计算工作量多和大，计算很快就会达到100，然后触发GIL的释放与在竞争，多个线程来回切换损耗资源，
所以在多线程遇到CPU密集型代码时，单线程会比较快
2、如果是I\O密集型代码（文件处理、网络爬虫），开启多线程实际上是并发（不是并行），IO操作会进行IO等待，线程A等待时，自动切换到线程B，
这样就提升了效率

 

二、其他原理解释

转：链接：https://www.zhihu.com/question/23474039/answer/24695447

地说就是作为可能是仅有的支持多线程的解释型语言（perl的多线程是残疾，PHP没有多线程），Python的多线程是有compromise的，在任意时间只有一个Python解释器在解释Python bytecode。

如评论指出，Ruby也是有thread支持的，而且至少Ruby MRI是有GIL的。如果你的代码是CPU密集型，多个线程的代码很有可能是线性执行的。所以这种情况下多线程是鸡肋，效率可能还不如单线程因为有context switch但是：
如果你的代码是IO密集型，多线程可以明显提高效率。例如制作爬虫，绝大多数时间爬虫是在等待socket返回数据。这个时候C代码里是有release GIL的，最终结果是某个线程等待IO的时候其他线程可以继续执行。
反过来讲：你就不应该用Python写CPU密集型的代码…效率摆在那里…如果确实需要在CPU密集型的代码里用concurrent，就去用multiprocessing库。这个库是基于multi process实现了类multi thread的API接口，
并且用pickle部分地实现了变量共享。再加一条，如果你不知道你的代码到底算CPU密集型还是IO密集型，

教你个方法：multiprocessing这个module有一个dummy的sub module，它是基于multithread实现了multiprocessing的API。

假设你使用的是multiprocessing的Pool，是使用多进程实现了concurrency
from multiprocessing import Pool
如果把这个代码改成下面这样，就变成多线程实现concurrency

from multiprocessing.dummy import Pool
两种方式都跑一下，哪个速度快用哪个就行了。

转： 链接：https://www.zhihu.com/question/23474039/answer/269526476


在介绍Python中的线程之前，先明确一个问题，Python中的多线程是假的多线程！ 为什么这么说，我们先明确一个概念，全局解释器锁（GIL）。

Python代码的执行由Python虚拟机（解释器）来控制。Python在设计之初就考虑要在主循环中，同时只有一个线程在执行，就像单CPU的系统中运行多个进程那样，内存中可以存放多个程序，但任意时刻，只有一个程序在CPU中运行。
同样地，虽然Python解释器可以运行多个线程，只有一个线程在解释器中运行。对Python虚拟机的访问由全局解释器锁（GIL）来控制，正是这个锁能保证同时只有一个线程在运行。

在多线程环境中，Python虚拟机按照以下方式执行。

1.设置GIL。
2.切换到一个线程去执行。
3.运行。
4.把线程设置为睡眠状态。
5.解锁GIL。
6.再次重复以上步骤。

对所有面向I/O的（会调用内建的操作系统C代码的）程序来说，GIL会在这个I/O调用之前被释放，以允许其他线程在这个线程等待I/O的时候运行。如果某线程并未使用很多I/O操作，它会在自己的时间片内一直占用处理器和GIL。
也就是说，I/O密集型的Python程序比计算密集型的Python程序更能充分利用多线程的好处。我们都知道，比方我有一个4核的CPU，那么这样一来，在单位时间内每个核只能跑一个线程，然后时间片轮转切换。
但是Python不一样，它不管你有几个核，单位时间多个核只能跑一个线程，然后时间片轮转。看起来很不可思议？但是这就是GIL搞的鬼。任何Python线程执行前，必须先获得GIL锁，然后，每执行100条字节码，解释器就自动释放GIL锁，
让别的线程有机会执行。这个GIL全局锁实际上把所有线程的执行代码都给上了锁，所以，多线程在Python中只能交替执行，即使100个线程跑在100核CPU上，也只能用到1个核。通常我们用的解释器是官方实现的CPython，要真正利用多核，除非重写一个不带GIL的解释器。

我们不妨做个试验：

#coding=utf-8 from multiprocessing
import Pool from threading
import Thread from multiprocessing
import Process
 
def loop():
　　while True:
　　　　pass
if __name__ == '__main__':
　　for i in range(3):
　　　　t = Thread(target=loop)
　　　　t.start()
 
 
　　while True:
　　　　pass



我们发现CPU利用率并没有占满，大致相当于单核水平。
而如果我们变成进程呢？
我们改一下代码：

#coding=utf-8 from multiprocessing 
import Pool from threading 
import Thread from multiprocessing 
import Process 
 
def loop(): 
　　while True:
　　　　pass 
if __name__ == '__main__': 
　　for i in range(3): 
　　　　t = Process(target=loop) 
　　　　t.start()
 
 
　　while True: 
　　　　pass

结果直接飙到了100%，说明进程是可以利用多核的！

为了验证这是Python中的GIL搞得鬼，我试着用Java写相同的代码，开启线程，我们观察一下

 

package com.darrenchan.thread;

public class TestThread {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            new Thread(new Runnable() {

                @Override
                public void run() {
                    while (true) {

                    }
                }
            }).start();
        }
        while(true){

        }
    }
}

由此可见，Java中的多线程是可以利用多核的，这是真正的多线程！而Python中的多线程只能利用单核，这是假的多线程！

 

三、解决方法

转：链接：https://www.zhihu.com/question/23474039/answer/269526476

 

就如此？我们没有办法在Python中利用多核？当然可以！刚才的多进程算是一种解决方案，还有一种就是调用C语言的链接库。对所有面向I/O的（会调用内建的操作系统C代码的）程序来说，GIL会在这个I/O调用之前被释放，以允许其他线程在这个线程等待I/O的时候运行。我们可以把一些 计算密集型任务用C语言编写，然后把.so链接库内容加载到Python中，因为执行C代码，GIL锁会释放，这样一来，就可以做到每个核都跑一个线程的目的！

可能有的小伙伴不太理解什么是计算密集型任务，什么是I/O密集型任务？

计算密集型任务的特点是要进行大量的计算，消耗CPU资源，比如计算圆周率、对视频进行高清解码等等，全靠CPU的运算能力。这种计算密集型任务虽然也可以用多任务完成，但是任务越多，花在任务切换的时间就越多，CPU执行任务的效率就越低，所以，要最高效地利用CPU，计算密集型任务同时进行的数量应当等于CPU的核心数。

计算密集型任务由于主要消耗CPU资源，因此，代码运行效率至关重要。Python这样的脚本语言运行效率很低，完全不适合计算密集型任务。对于计算密集型任务，最好用C语言编写。

第二种任务的类型是IO密集型，涉及到网络、磁盘IO的任务都是IO密集型任务，这类任务的特点是CPU消耗很少，任务的大部分时间都在等待IO操作完成（因为IO的速度远远低于CPU和内存的速度）。对于IO密集型任务，任务越多，CPU效率越高，但也有一个限度。常见的大部分任务都是IO密集型任务，比如Web应用。

IO密集型任务执行期间，99%的时间都花在IO上，花在CPU上的时间很少，因此，用运行速度极快的C语言替换用Python这样运行速度极低的脚本语言，完全无法提升运行效率。对于IO密集型任务，最合适的语言就是开发效率最高（代码量最少）的语言，脚本语言是首选，C语言最差。

综上，Python多线程相当于单核多线程，多线程有两个好处：CPU并行，IO并行，单核多线程相当于自断一臂。所以，在Python中，可以使用多线程，但不要指望能有效利用多核。如果一定要通过多线程利用多核，那只能通过C扩展来实现，不过这样就失去了Python简单易用的特点。不过，也不用过于担心，Python虽然不能利用多线程实现多核任务，但可以通过多进程实现多核任务。多个Python进程有各自独立的GIL锁，互不影响。