python - 如何解决/绕过似乎与 GIL 相关的锁定问题

Question

两个线程之间的模糊锁定似乎与全局解释器锁或其他一些“幕后锁”有关，我不知道如何继续进行故障排除。任何有关如何消除锁定的提示都将不胜感激。

该问题在较大的一组代码中重现(不规律且有些随机)。代码是严格的python。 Python 版本为 2.6.5(在 Linux 上)。数小时的故障排除已将锁定发生时的问题减少到以下情况:

1. 程序只有两个运行线程
2. 线程并发调用受单线程保护的方法。RLock
3. 线程 1 已经通过 acquire() 获得了锁[加上一些其他锁]
4. 线程 2 已调用 acquire() 并确认正在等待锁
5. 线程 1 能够使用 print() 打印到控制台，但是它被一个简单的非阻塞库调用锁定了

#5 中令人反感的调用是函数 unicode.encode，它应该是非阻塞的。线程 1 中线程锁将(如预期)打印“A”和“B”的位置的以下代码:

print('A')
print('B')

但是，下面的代码只会打印“A”并阻塞线程:

print('A')
u'hello'.encode('utf8') # This dummy (non-blocking) call locks up Thread 1
print('B')

这对我来说毫无意义。两个线程之间不存在逻辑死锁条件。线程 1 被非阻塞库调用阻塞，该库调用不会以任何方式干扰线程 2，线程 2 只是静静地等待获取 RLock。我能想到的线程 1 被阻塞的唯一原因是它正在等待 GIL。

有没有想过如何进一步解决这个问题，或者有什么机制可以以某种方式控制或操纵 GIL 操作作为解决方法？

编辑:针对样本偏差的一些额外信息(感谢您的回复)。我在跟踪时遇到了问题，因为这个问题似乎对任何可能扰乱两个线程之间的时间的事情都非常敏感。然而，仅使用 -f 选项运行 strace，经过几次迭代后，我能够获得跟踪。

线程 1 包含这三个调试语句，它们应该将两行“CHECK_IN”和“CHECK_TEST”打印到控制台:

print('CHECK IN')#DEBUG
u'hello'.encode('utf8')
print('CHECK TEST')#DEBUG

这是 strace 的最后一页:

8605  mmap2(NULL, 266240, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb753d000
8605  mmap2(NULL, 8392704, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_STACK, -1, 0) = 0xb6d3c000
8605  mprotect(0xb6d3c000, 4096, PROT_NONE) = 0
8605  clone(child_stack=0xb753c494, flags=CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND|CLONE_THREAD|CLONE_SYSVSEM|CLONE_SETTLS|CLONE_PARENT_SETTID|CLONE_CHILD_CLEARTID, parent_tidptr=0xb753cbd8, {entry_number:6, base_addr:0xb753cb70, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}, child_tidptr=0xb753cbd8) = 8606
8606  set_robust_list(0xb753cbe0, 0xc <unfinished ...>
8605  futex(0xa239138, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
8606  <... set_robust_list resumed> )   = 0
8606  futex(0xa239138, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1
8605  <... futex resumed> )             = 0
8606  gettimeofday( <unfinished ...>
8605  futex(0xa272398, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
8606  <... gettimeofday resumed> {1301528807, 326496}, NULL) = 0
8606  futex(0xa272398, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1
8605  <... futex resumed> )             = 0
8606  futex(0xa272398, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1 <unfinished ...>
8605  gettimeofday( <unfinished ...>
8606  <... futex resumed> )             = 0
8605  <... gettimeofday resumed> {1301528807, 326821}, NULL) = 0
8606  futex(0xa272398, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
8605  futex(0xa272398, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1 <unfinished ...>
8606  <... futex resumed> )             = -1 EAGAIN (Resource temporarily unavailable)
8605  <... futex resumed> )             = 0
8606  gettimeofday( <unfinished ...>
8605  futex(0xa272398, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
8606  <... gettimeofday resumed> {1301528807, 326908}, NULL) = 0
8606  futex(0xa272398, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1
8605  <... futex resumed> )             = 0
8606  futex(0xa272398, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1 <unfinished ...>
8605  futex(0xa1b0d70, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
8606  <... futex resumed> )             = 0
8606  stat64("/etc/localtime", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=2225, ...}) = 0
8606  fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 1), ...}) = 0
8606  mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb6d3b000
8606  write(1, "CHECK IN\n", 9)         = 9
8606  futex(0xa115270, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL

在程序锁定之前，三行代码的输出如下:

CHECK IN

所以 strace 显示了线程 1 (#8606) 如何写入 'CHECK_IN' 字符串，以及当到达 unicode.encode 调用时进入永远不会返回的等待状态。

顺便说一句，我在所有模块中进行了一些 future 的导入，以保持一些更新的 python 约定......

from __future__ import print_function, unicode_literals

...但我看不出它们应该有什么不同 - 特别是当 u'hello' 字符串被显式调用为 unicode 字符串时。

Answer 1

我在 Python 源代码中找不到任何会导致 unicode.encode() 阻塞的内容，并且我编写的虚拟程序试图重现它按预期运行。您提到线程 1 已获得超过 1 个锁 - 您是否已将这些锁作为锁定源消除？

下面的测试用例是否在您的环境中显示了相同的锁定？

import time
import threading

def worker(tid):
    _lock.acquire()
    if not tid:
        # wait for rest of threads to enter acquire
        time.sleep(0.5)    
    print('%d: A' % tid)
    u'hello'.encode('utf-8')
    print('%d: B' % tid)
    _lock.release()

def start(tid):
    th = threading.Thread(target=worker, args=(tid,))
    th.start()
    return th

_num = 2
_lock = threading.RLock()
workers = [start(n) for n in range(_num)]
while all(w.isAlive() for w in workers):
    time.sleep(1)

输出:

0: A
0: B
1: A
1: B

您还可以在您的程序上运行 strace 来找出进程被阻塞的位置。例如上面的脚本:

% strace -fTr -o trace.out python lockup.py

-o trace.out 标志告诉 strace 将输出写入文件。您可以省略它，strace 将打印到 stderr。

trace.out 的内容应该向您显示程序进行的所有系统调用，每行都以线程 ID 和系统调用之间的相对时间为前缀。该行的末尾将包含在该系统调用中花费的时间。我用相应的 Python 代码注释了最后几个系统调用:

# thread 0 time.sleep(0.5) completes
24778      0.500124 <... select resumed> ) = 0 (Timeout) <0.500599>
# preparing to print()
24778      0.000071 fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0 <0.000017>
24778      0.000058 mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f8fe90a6000 <0.000018>
# print("0: A\n")..
24778      0.000079 write(1, "0: A\n", 5) = 5 <0.000023>
24778      0.000106 write(1, "0: B\n", 5) = 5 <0.000056>
# thread 0 _lock.release()
24778      0.000114 futex(0xe0f3c0, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1 <0.000024>
24778      0.000108 madvise(0x7f8fe7266000, 8368128, MADV_DONTNEED) = 0 <0.000030>
# thread 0 exit
24778      0.000072 _exit(0)            = ?
# thread 1 _lock.acquire()
24779      0.000050 <... futex resumed> ) = 0 <0.500774>
# thread 1 print("1: A\n") and so on..
24779      0.000052 write(1, "1: A\n", 5) = 5 <0.000026>
24779      0.000086 write(1, "1: B\n", 5) = 5 <0.000026>
24779      0.000099 madvise(0x7f8fe6a65000, 8368128, MADV_DONTNEED) = 0 <0.000024>
24779      0.000064 _exit(0)            = ?
24777      0.499956 <... select resumed> ) = 0 (Timeout) <1.001138>
24777      0.000132 rt_sigaction(SIGINT, {SIG_DFL, [], SA_RESTORER, 0x7f8fe8c7c8f0}, {0x4d9a90, [], SA_RESTORER, 0x7f8fe8c7c8f0}, 8) = 0 <0.000025>
# main thread process exit
24777      0.002349 exit_group(0)       = ?