對(duì)Python線(xiàn)程內(nèi)容進(jìn)行全講析
怎么區(qū)分哪個(gè)Python線(xiàn)程對(duì)應(yīng)哪個(gè)狀態(tài)對(duì)象呢？首先考慮的是我們還有線(xiàn)程的ID。ID存儲(chǔ)的正是各個(gè)線(xiàn)程的ID，根據(jù)這些ID，就可以輕輕松松的進(jìn)行Python線(xiàn)程內(nèi)容的尋找了。
每一個(gè)線(xiàn)程對(duì)應(yīng)的線(xiàn)程狀態(tài)對(duì)象都保存著這個(gè)線(xiàn)程當(dāng)前的PyFrameObject對(duì)象，線(xiàn)程的id這樣一些信息。有時(shí)候，線(xiàn)程是需要訪問(wèn)這些信息的。比如考慮一個(gè)最簡(jiǎn)單的情形，在某種情況下。
每個(gè)線(xiàn)程都需要訪問(wèn)線(xiàn)程狀態(tài)對(duì)象中所保存的thread_id信息，顯然，線(xiàn)程A獲得的應(yīng)該是A的thread_id，線(xiàn)程B亦然。倘若線(xiàn)程A獲得的是B的thread_id，那就壞菜了。這就意味著Python內(nèi)部必須有一套機(jī)制，這套機(jī)制與操作系統(tǒng)管理進(jìn)程的機(jī)制非常類(lèi)似。
我們知道，在操作系統(tǒng)從進(jìn)程A切換到進(jìn)程B時(shí)，首先會(huì)保存進(jìn)程A的上下文環(huán)境，再進(jìn)行切換；當(dāng)從進(jìn)程B切換回進(jìn)程A時(shí)，又會(huì)恢復(fù)進(jìn)程A的上下文環(huán)境，這樣就保證了進(jìn)程A始終是在屬于自己的上下文環(huán)境中運(yùn)行。
這里的線(xiàn)程狀態(tài)對(duì)象就等同于進(jìn)程的上下文，Python線(xiàn)程內(nèi)容同樣會(huì)有一套存儲(chǔ)、恢復(fù)線(xiàn)程狀態(tài)對(duì)象的機(jī)制。同時(shí)，在Python內(nèi)部，維護(hù)著一個(gè)全局變量：PyThreadState * _PyThread- State_Current。
當(dāng)前活動(dòng)線(xiàn)程所對(duì)應(yīng)的線(xiàn)程狀態(tài)對(duì)象就保存在這個(gè)變量里，當(dāng)Python調(diào)度線(xiàn)程時(shí)，會(huì)將被激活的線(xiàn)程所對(duì)應(yīng)的線(xiàn)程狀態(tài)對(duì)象賦給_PyThreadState_Current，使其始終保存著活動(dòng)線(xiàn)程的狀態(tài)對(duì)象。
這就引出了這樣的一個(gè)問(wèn)題：Python如何在調(diào)度進(jìn)程時(shí)，獲得被激活線(xiàn)程對(duì)應(yīng)的狀態(tài)對(duì)象？Python內(nèi)部會(huì)通過(guò)一個(gè)單向鏈表來(lái)管理所有的Python線(xiàn)程的狀態(tài)對(duì)象。當(dāng)需要尋找一個(gè)線(xiàn)程對(duì)應(yīng)的狀態(tài)對(duì)象時(shí)，就遍歷這個(gè)鏈表，搜索其對(duì)應(yīng)的狀態(tài)對(duì)象。在此后的描述中，我們將這個(gè)鏈表稱(chēng)為“狀態(tài)對(duì)象鏈表”。
下面我們來(lái)看一看實(shí)現(xiàn)這個(gè)機(jī)制的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PyThread_create_key將創(chuàng)建一個(gè)新的key。注意，這里的key都是一個(gè)整數(shù)。而且，當(dāng)PyThread_create_key***次被調(diào)用時(shí)（在_PyGILState_Init中的調(diào)用正是***次調(diào)用），會(huì)通過(guò)PyThread_allcate_lock創(chuàng)建一個(gè)keymutex。
根據(jù)我們前面的分析，這個(gè)keymutex實(shí)際上和GIL一樣，都是一個(gè)PNRMUTEX結(jié)構(gòu)體，而在這個(gè)結(jié)構(gòu)體中，維護(hù)著一個(gè)Win32下的Event內(nèi)核對(duì)象。這個(gè)keymutex的功能就是用來(lái)互斥對(duì)狀態(tài)對(duì)象鏈表的訪問(wèn)。
在_PyGILState_Init中，創(chuàng)建的新key被Python維護(hù)的全局變量autoTLSkey接收，其中的TLS是Thread Local Store的縮寫(xiě)。這個(gè)autoTLSkey將用作Python保存所有線(xiàn)程的狀態(tài)對(duì)象的一個(gè)參數(shù)，即是圖15-6中的key值。也就是說(shuō)，狀態(tài)對(duì)象列表中所有key結(jié)構(gòu)體中的key值都會(huì)是autoTLSkey。
哎，那位看官說(shuō)了，你看PyThread_create_key返回的是nkeys的遞增后的值啊，就是說(shuō)每create一次，得到的結(jié)果都是不同的，怎么能說(shuō)所有的key都是一樣的呢？事實(shí)上，在整個(gè)Python的源碼中，PyThread_create_key只在_PyGILState_Init中被調(diào)用了，而這個(gè)_PyGILState_Init只會(huì)在Python運(yùn)行時(shí)環(huán)境初始化時(shí)調(diào)用一次。
雖然這個(gè)核心函數(shù)的名字叫find_key，然而我們可以看到，它的作用并不僅僅是搜索，而且還包含了創(chuàng)建的動(dòng)作。在代碼清單15-3的[2]處，find_key會(huì)遍歷狀態(tài)對(duì)象列表，搜索key和id都匹配的key結(jié)構(gòu)體。
如果搜索成功，則直接返回；而當(dāng)搜索失敗時(shí)，find_key會(huì)在代碼清單15-3的[3]處創(chuàng)建一個(gè)新的key結(jié)構(gòu)體，并設(shè)置其中的id，key和value，***將其插入到狀態(tài)對(duì)象列表的頭部。
在代碼清單15-3的[1]和[4]處我們看到了Python確實(shí)通過(guò)在_PyGILState_Init中創(chuàng)建的keymutex來(lái)互斥對(duì)狀態(tài)對(duì)象列表的訪問(wèn)。在了解了這個(gè)核心函數(shù)之后，Python線(xiàn)程內(nèi)容為狀態(tài)對(duì)象列表所提供的接口就顯得非常清晰了。其實(shí)，就是簡(jiǎn)單的鏈表的插入、刪除和查詢(xún)操作。
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