Python Academy · Oppitunti

Säikeet ja GIL

Ymmärrä Python-säikeistyksen rajoitukset

Oppitunti 1/413 vaihetta

Säikeet ja GIL on ilmainen Python Academy-oppitunti CoddyKitissä. Tämä on oppitunti 1/4. Voit lukea koko oppitunnin alta ilmaiseksi ja harjoitella sen jälkeen käytännössä selaimessa sisäänrakennetulla koodieditorilla ja ympäri vuorokauden käytettävissä olevan tekoälytuutorin avulla. Oppitunti kuuluu Python Academy-oppimispolkuun, ja edistymisesi synkronoituu verkon ja CoddyKit-sovelluksen välillä. Python Academy-kurssilla on yhteensä 4 oppituntia.

Mikä on säie

Säie on erillinen suorituspolku yhden prosessin sisällä. Pythonin threading-moduulilla voitte suorittaa funktioita samanaikaisesti yhden ohjelman sisällä.

import threading

def worker():
    print('hello from thread')

t = threading.Thread(target=worker)
t.start()
t.join()
print('main done')

Useiden säikeiden käynnistäminen

Voitte käynnistää useita säikeitä. Kukin suorittaa sille määritetyn kohdefunktion. join() saa pääsäikeen odottamaan, kunnes säie päättyy.

import threading

def task(name):
    print('task', name)

threads = [threading.Thread(target=task, args=(i,)) for i in range(3)]
for t in threads:
    t.start()
for t in threads:
    t.join()
print('all finished')

Python-tulkin globaali lukko

CPythonissa on Global Interpreter Lock (GIL) eli globaali tulkin lukko: vain yksi säie suorittaa Python-tavukoodia kerrallaan. Siksi säikeet eivät nopeuta puhdasta Python-koodia suorittavaa CPU-työtä aidosti rinnakkain.

import sys
print('Running on:', sys.implementation.name)
print('Only one thread runs Python bytecode at a time due to the GIL')

Milloin säikeistä on hyötyä

Säikeet sopivat erinomaisesti I/O-sidonnaiseen työhön, kuten verkkopyyntöihin, levyltä lukemiseen ja odottamiseen. Kun yksi säie odottaa, GIL vapautetaan ja toinen säie voi suorittaa koodia.

import threading, time

def fake_io(name):
    time.sleep(0.1)
    print('done', name)

start = time.perf_counter()
ts = [threading.Thread(target=fake_io, args=(i,)) for i in range(3)]
for t in ts: t.start()
for t in ts: t.join()
print('elapsed about 0.1s, not 0.3s')

CPU-sidonnainen työ ei nopeudu

Raskaassa laskennassa säikeiden lisääminen ei nopeuta suoritusta, koska GIL suorittaa ne sarjallisesti. Käyttäkää CPU-työhön sen sijaan multiprocessing-moduulia.

import threading

def burn():
    total = 0
    for i in range(1000000):
        total += i
    return total

t = threading.Thread(target=burn)
t.start()
t.join()
print('CPU-bound: threads share one core under the GIL')

Daemon-säikeet

Daemon-säie lopetetaan automaattisesti, kun pääohjelma päättyy. Käyttäkää sitä taustalla toimiviin apureihin, joiden valmistumista ei tarvitse odottaa.

import threading, time

def background():
    time.sleep(0.05)
    print('background tick')

t = threading.Thread(target=background, daemon=True)
t.start()
t.join()
print('main exits')

Säikeiden nimeäminen ja tunnistaminen

Jokaisella säikeellä on nimi ja tunniste. threading.current_thread() palauttaa parhaillaan suoritettavan säieolion, mikä on kätevää lokituksessa.

import threading

def show():
    t = threading.current_thread()
    print('running in', t.name)

t = threading.Thread(target=show, name='Worker-1')
t.start()
t.join()
print('main thread:', threading.current_thread().name)

Thread-luokan periyttäminen

Kohteen välittämisen sijaan voitte periä luokan Thread ja korvata sen run()-metodin. Tämä on hyödyllistä, kun säie tarvitsee oman tilansa.

import threading

class Greeter(threading.Thread):
    def __init__(self, name):
        super().__init__()
        self.who = name
    def run(self):
        print('hi', self.who)

g = Greeter('Sam')
g.start()
g.join()

Tulosten palauttaminen säikeistä

Kohdefunktion palauttama arvo hylätään. Voitte kerätä tulokset kirjoittamalla ne jaettuun tietorakenteeseen. Myöhemmin tutustutte turvallisempiin työkaluihin, kuten jonoihin.

import threading

results = {}

def compute(key):
    results[key] = key * key

ts = [threading.Thread(target=compute, args=(i,)) for i in range(4)]
for t in ts: t.start()
for t in ts: t.join()
print(results)

Aktiivisten säikeiden laskeminen

threading.active_count() kertoo parhaillaan elossa olevien säikeiden määrän pääsäie mukaan lukien.

import threading, time

def wait():
    time.sleep(0.05)

ts = [threading.Thread(target=wait) for _ in range(2)]
for t in ts: t.start()
print('active now:', threading.active_count())
for t in ts: t.join()
print('active after join:', threading.active_count())

Säikeiden ja prosessien valitseminen

Nyrkkisääntö: käyttäkää säikeitä I/O-sidonnaiseen samanaikaisuuteen ja prosesseja CPU-sidonnaiseen rinnakkaisuuteen. Syynä on GIL.

tasks = {'download files': 'threads', 'crunch numbers': 'processes', 'call APIs': 'threads'}
for task, choice in tasks.items():
    print(task, '->', choice)

Pikatarkistus

Testatkaa ymmärrystänne säikeistä ja GIL:stä.

Vastaa interaktiivisessa oppitunnissa

Kertaus

Opitte säikeistä ja GIL:stä:

Säikeet suoritetaan samanaikaisesti yhden prosessin sisällä käyttämällä threading.Thread-luokkaa.
GIL suorittaa Python-tavukoodin sarjallisesti.
Säikeet auttavat I/O-sidonnaisessa työssä ja prosessit CPU-sidonnaisessa työssä.
Käyttäkää start()- ja join()-metodeja, daemon-säikeitä sekä periyttämistä.

Seuraavaksi opitte hallitsemaan säikeitä siististi ThreadPoolExecutorilla.

Aloita maksutta

Opi Python tekoälytuutorin avulla — ilmaiseksi

Kirjoita ja suorita oikeaa koodia selaimessa, saa välitöntä apua tekoälytuutorilta ympäri vuorokauden ja jatka siitä, mihin jäit, verkossa tai sovelluksessa.

Kurssit: 76
Oppitunnit: 320

Aloita opiskelu maksutta Näytä koko kurssi

Usein kysytyt kysymykset

Onko oppitunti ”Säikeet ja GIL” ilmainen?

Kyllä – oppitunnin ”Säikeet ja GIL” koko tekstin voi lukea täällä verkossa ilmaiseksi. Jos haluat harjoitella interaktiivisesti sisäänrakennetulla koodieditorilla ja ympäri vuorokauden käytettävissä olevan tekoälytuutorin avulla sekä avata koko Python Academy-kurssin, päivitä CoddyKit PROhon. Python Academy-kurssilla on yhteensä 4 oppituntia.

Mitä opin oppitunnilla ”Säikeet ja GIL”?

Ymmärrä Python-säikeistyksen rajoitukset Harjoittelet Python Academy-aihetta koodilla, jonka suoritat suoraan selaimessa. Ympäri vuorokauden käytettävissä oleva tekoälytuutori vastaa kysymyksiisi oppitunnin aikana.

Tarvitsenko kokemusta aloittaakseni Python Academy-opiskelun?

Aiempi kokemus ei ole tarpeen. CoddyKitin Python Academy-oppimispolku sopii vasta-alkajista edistyneisiin, joten voit aloittaa tästä tai alusta ja edetä omaan tahtiisi. Tämä on oppitunti 1/4.

Kuinka kauan ”Säikeet ja GIL”-oppitunnin suorittaminen kestää?

Useimmat CoddyKitin oppitunnit kestävät noin 5–10 minuuttia. Jokainen oppitunti on lyhyt ja interaktiivinen, joten edistyt tasaisesti ja voit jatkaa siitä, mihin jäit – sekä verkossa että sovelluksessa.

Voinko kirjoittaa ja suorittaa koodia tällä Python Academy-oppitunnilla?

Kyllä. Jokainen Python Academy-oppitunti sisältää sisäänrakennetun koodieditorin, joten voit kirjoittaa ja suorittaa oikeaa koodia suoraan selaimessa ja saada välitöntä palautetta tekoälyltä – paikallista asennusta ei tarvita.

Kaikki tämän kurssin oppitunnit

← Takaisin: Python Academy