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Python GIL 到底限制了什么?

舞夢輝影

舞夢輝影

发布时间:2026-01-17 22:50:55

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来源于php中文网

原创

GIL是CPython为保护内部数据结构而设的线程锁,仅限制CPU密集型多线程并行;I/O密集型任务、多进程、C扩展(如NumPy)及异步编程可绕过其限制。

python gil 到底限制了什么?

Python 的 GIL(Global Interpreter Lock,全局解释器锁)并不限制所有类型的并发,它只限制同一进程内多个 CPython 线程对 Python 对象的并发访问。换句话说,GIL 的核心作用是保护 CPython 解释器内部的数据结构(比如引用计数、字典哈希表等),而不是为了“防止并行”而存在。

它限制的是多线程 CPU 密集型任务的真正并行

当多个线程都在执行纯 Python 计算(如循环、数值运算、字符串处理)时,GIL 会强制它们轮流执行——任意时刻只有一个线程能执行 Python 字节码。即使你有 8 个 CPU 核心,10 个线程的 CPU 密集型程序也几乎不会比单线程快。

  • 每个线程执行一段时间(默认约 5ms 或 100 条字节码指令)后,会主动释放 GIL,让其他线程竞争获取
  • 线程在等待 I/O(如文件读写、网络请求、sleep)时会自动释放 GIL,此时其他线程可以运行
  • 调用某些 C 扩展(如 NumPy 的底层计算、正则匹配、zlib 压缩)也可能释放 GIL,实现真正的并行

它不限制 I/O 密集型任务的并发效率

对于大量等待网络响应、磁盘读写或用户输入的任务,GIL 影响很小。因为线程大部分时间不在执行 Python 代码,而是在操作系统内核中阻塞;一旦阻塞,GIL 就被释放,其他线程立刻可以上 CPU。

  • 用 threading 启动 100 个线程去发 HTTP 请求,整体耗时通常远低于串行执行
  • asyncio 虽然不依赖线程,但原理类似:单线程内通过事件循环调度 I/O,避免了 GIL 争抢

它不阻碍多进程并行,也不影响 C 扩展的内部并行

GIL 是线程级的,每个进程有独立的解释器状态和独立的 GIL。multiprocessing 模块通过 fork 或 spawn 新进程,天然绕过 GIL 限制。

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  • NumPy 的矩阵乘法、Pandas 的 groupby、OpenCV 的图像处理等,底层用 C/C++/Fortran 实现,并在计算前释放 GIL,结束后再加回
  • 你自己写的 C 扩展,只要显式调用 Py_BEGIN_ALLOW_THREADS / Py_END_ALLOW_THREADS,也能安全地释放 GIL

它不是 Python 语言规范,而是 CPython 的实现细节

PyPy、Jython、IronPython 等其他 Python 实现没有 GIL(或机制不同)。CPython 加 GIL 主要是为了简化内存管理(尤其是引用计数)和保证 C 扩展兼容性,不是语言设计的必然要求。

  • 去掉 GIL 在技术上可行(如 PyPy 的 STM 尝试),但会显著增加解释器复杂度和单线程性能开销
  • 官方明确表示:不会在短期内移除 GIL;替代方案(如子解释器 + 更细粒度锁)正在稳步推进中(PEP 684、PEP 554)
GIL 不是 bug,也不是缺陷,它是 CPython 在安全性、兼容性、实现简洁性和单线程性能之间做的务实权衡。

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