关于python:Python-新提案废除全局解释器锁-GIL-CPython-解释器或许会变得更快

近日，开发者 Alex Waygood 在 Python 基金会博客中提到了上周刚刚举办的Python 语言峰会上对于 Python 语言的重大议题 —— “破除” Python 语言的全局解释器锁（GIL）。

“双刃剑”：CPython —— 解释器和编译器

家喻户晓，Python 动静语言的灵活性是把“双刃剑”。这意味着能够有不同的运行时，例如 Pyston、Cinder、MicroPython、pypypy 等，它们可能反对整个语言、特定版本或子集。但如果你应用的是 Python，那么你可能正在运行 CPython。

CPython 是用 C 语言编写的规范 Python 解释器，它同时还充当着编译器，因为它的工作是在理论的解释阶段之前以字节码的模式编译 Python 代码。

CPython 有一种称为全局解释器锁 GIL（Global Interpreter Lock）的货色，能够影响线程代码，即一次只能在解释器中运行一个线程。因而，GIL 始终被看做是该语言倒退的固有限度。

之前，也始终有提案想要解决这个问题，例如将性能要害局部移到 C 或应用多个解释器。但要满足以上冀望，解释器用户的受众可能会扩充。目前有几种代替计划，例如通过专用于 JVM（Java 虚拟机）和 CLR（公共语言运行时）的计划，但以上少数现有的解决方案都有相当大的毛病。

所以基于以上背景，“不带全局解释器锁的 Python” 的反对声逐步受到关注。

屡次尝试被破除：GIL 到底该如何解脱掉

直到此次的 Python 语言峰会上，Meta 高级工程总监 Sam Gross 在无关 “nogil”我的项目的主题中，提出了“破除 GIL ”的相干议题。

据悉，该提议是基于之前在 Python 中破除 GIL 的想法。Gross 最后在应用第三方代码的 Python 我的项目中遇到了问题，因而开始思考“如果没有 GIL”的话如何使得线程平安的进行。

后面提到过，全局解释器锁 GIL 一次只能在解释器中运行一个线程，所以当你能够保障一次只运行一个线程时，程序状态或者会更容易推理。但如果没有 GIL，援用计数、内存调配、办法解析程序缓存和垃圾收集线程则会变得不平安。

那么，该如何解脱 GIL 呢？

据报道，早前 Sam Gross 就专门对这一演变进行了探讨。因为 CPython 中的设计是“线程平安”，但它依赖于 GIL。想要解脱 GIL，首先，就要对参考计数进行重大更改。

为了晓得垃圾收集器是否能够开释内存中的对象，它会统计对该对象的所有援用。目前，援用计数是非原子性的，将所有援用计数操作更改为原子性操作会对性能造成微小影响。

Sam Gross 在该提案中应用了一种称为“有偏援用计数”（biased reference counting ）的技术，用于获取本地和共享援用。本地援用能够利用非原子性操作，领有线程将本地援用和共享援用联合起来以跟踪所有权。这种办法十分实用于单线程对象，或者只被几个线程大量应用的对象。

在程序的生命周期中存在几个对象，如插入字符串、True、False 和 None，它们能够被标记为“不朽”（immortal），从而将它们的援用计数开销缩小到零。通过利用援用计数字段中的最低无效位，对象被标记为“不朽”。常常拜访但不能保障“不朽”的对象提早了援用计数，这意味着惟一须要的援用计数是当援用存储在堆上时，此更改的一个副作用是无奈立刻回收对象，因为须要扫描堆栈以查找任何残余的援用。

Sam Gross 用 mimalloc 替换了规范的 pymalloc 内存分配器，mimalloc 是 malloc 的一个替代品，提供了线程平安和性能。这种替换的益处是，这个分配器容许运行时在没有显式列表的状况下查找 GC 跟踪的对象。这是一个显著的性能晋升，但这意味着不能只替换另一个与 malloc 兼容的分配器，而冀望垃圾收集和收集具备雷同的线程安全性。

Python 尚未决定是否删除 GIL

对于为何要删除 GIL 的问题，Python 基金会博客中解释称，“为了让 Python 在没有 GIL 的状况下无效地工作，必须向大多数代码中增加新锁，以确保其放弃线程平安，但向现有代码中增加新锁可能十分艰难，因为在某些畛域可能会呈现大幅放缓。”

此次，Sam Gross “删除 GIL”的新提议仿佛曾经受到了 Python 外围开发团队其余成员的“激情”欢送。当初，要解决的次要问题是如何在 CPython 上施行如此微小的改革。

据悉，CPython 的下一个版本（或为 CPython 3.11）预计将于 2022 年 10 月公布，不晓得届时会不会有大更新，但报道称开发人员们尤其心愿通过此更新取得更高的性能和对在 web 浏览器上下文中运行的反对的集成。

过来的一段时间里，因为 GIL 妨碍了语言的进发，开发者曾多次尝试在规范实现 CPython 中破除这种技术。此次，“删除 GIL”的新提议终于来了，只管 Python 官网尚未就施行作出最终决定，但所有仍旧值得期待。