Как происходит переключение потоков при наличии GIL?

Question

В CPython потоки переключаются, потому что один поток периодически освобождает GIL, и другой может его захватить. Это происходит по таймеру (интервал переключения) и в точках, где поток уходит ждать I/O. То есть операционная система планирует потоки, но выполнять Python-байткод реально может только тот, кто держит GIL. Поэтому вы видите “конкуренцию” потоков, но не настоящий параллелизм байткода.

YeaHub · Accepted Answer

Важно понимать общую картину: потоков может быть много, но байткод исполняет только один поток, который сейчас держит GIL. Переключение — это момент, когда GIL переходит к другому потоку.ОпределениеОпределение: Переключение потоков при GIL — ситуация, когда текущий поток освобождает GIL (добровольно или вынужденно), и другой поток захватывает его, продолжая выполнение байткода.Основные причины, когда GIL “отдают”Перед началом перечисления подчеркну: это не одна причина, а несколько типичных триггеров.Таймер переключения (switch interval)CPython старается регулярно давать шанс другим потокам.Интервал можно настраивать через sys.setswitchinterval(seconds).Ожидание I/OКогда поток вызывает операцию, которая долго ждет (например, чтение из сети), интерпретатор обычно отпускает GIL, чтобы другие потоки могли работать.C-расширения могут отпускать GILЕсли тяжелая часть выполняется в C и разработчик расширения предусмотрел освобождение GIL, другие потоки могут исполнять байткод параллельно с этой C-работой (но это уже “частный случай”).Как это ощущается в программахCPU-boundПотоки будут часто “переключаться”, но суммарно работать почти как один поток (накладные расходы даже могут ухудшить время).I/O-boundПока один поток ждет, другие реально делают полезную работу, поэтому потоки часто дают ускорение.Небольшой пример: влияние switch intervalimport sys
import threading

sys.setswitchinterval(0.001)  # чаще переключаться

def ping(name):
    for _ in range(5):
        print(name)

t1 = threading.Thread(target=ping, args=("A",))
t2 = threading.Thread(target=ping, args=("B",))
t1.start(); t2.start()
t1.join(); t2.join()
# Вывод будет “перемешанным” из-за переключений
Важные нюансыПланировщик ОС решает, какой поток “готов” выполняться, но GIL решает, кто реально выполняет Python-код.Переключения не гарантируют “честность”: один поток может получать GIL чаще, чем другой, в зависимости от нагрузки и поведения кода.ВыводПереключение потоков при GIL происходит, когда CPython регулярно или вынужденно освобождает GIL (таймер, ожидание I/O, C-код), поэтому потоки выглядят конкурентными, но байткод исполняется по очереди.