为什么 time.sleep(...) 不受 GIL 影响？

Question

据我在研究Python GIL时了解到的，只有一个线程可以被执行（谁持有锁定）。然而，如果这是真的，那么为什么这段代码只需要3秒就能执行完，而不是15秒？

import threading
import time

def worker():
    """thread worker function"""
    time.sleep(3)
    print 'Worker'

for i in range(5):
    t = threading.Thread(target=worker)
    t.start()

按照我的线程感觉，我本以为这需要 3 秒钟，事实也确实如此。但是在了解了 GIL （全局解释器锁）和一次只能执行一个线程后，现在我看着这段代码，就会想，为什么不需要 15 秒钟呢？

- user12388651

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我认为 sleep() 确实会释放 GIL。此外，Python 强制在每个 N 毫秒或执行 M 条字节码指令后进行线程切换（取决于使用的 Python 版本）。 - martineau

@martineau 如果是这样，"等待" 发生在哪里？ - user12388651

我认为线程最终会并行等待。 - martineau

一个休眠的线程不会执行。5个同时休眠的线程也不会同时执行。 - user2357112

Answer 1

Mario的回答是一个很好的高层次回答。如果您对实现细节感兴趣：在CPython中，time.sleep的实现使用Py_BEGIN_ALLOW_THREADS/Py_END_ALLOW_THREADS包装其select系统调用：

https://github.com/python/cpython/blob/7ba1f75f3f02b4b50ac6d7e17d15e467afa36aac/Modules/timemodule.c#L1880-L1882

这些是宏，可以保存和恢复线程状态，同时释放/获取GIL：

https://github.com/python/cpython/blob/7c59d7c9860cdbaf4a9c26c9142aebd3259d046e/Include/ceval.h#L86-L94 https://github.com/python/cpython/blob/4c9ea093cd752a6687864674d34250653653f743/Python/ceval.c#L498

- jtbandes

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非常有趣，将CPython源代码包含在这里，我会好好阅读的，干杯。 - user12388651

Answer 2

time.sleep(3)并不等同于一个运行了3秒钟的循环，占用CPU周期并持有GIL锁。该线程会在3秒钟内被切换，从而允许其他线程运行。

请参考此stackoverflow问题，了解为什么time.sleep不是一项CPU密集型操作。总之，该线程将被暂停，直到超时时间已过。

由于所有线程都在休眠，因此CPU上没有进行任何真正的工作，且GIL锁不会阻止这些线程同时工作，因为一开始没有持续的锁定。

GIL锁在多个线程进行CPU密集型工作时才需要考虑。在这种情况下，您会看到您期望的减速。 GIL不会导致纯IO限制的工作减速。

- Mario Ishac