15.3.2.3 从GIL 到字节码解释器

15.3.2.3 从GIL 到字节码解释器

现在，回过头来看一看刚才提到的PyThreadState_New：

 [pystate.c]
PyThreadState *
PyThreadState_New(PyInterpreterState *interp)
{
PyThreadState *tstate = (PyThreadState *)
malloc(sizeof(PyThreadState));
……
#ifdef WITH_THREAD
_PyGILState_NoteThreadState(tstate);
#endif
……
return tstate;
}

子线程在创建了自身的线程状态对象后，会通过_PyGILState_NoteThreadState 将这个对象放入到线程状态对象链表中去。

这里有一个需要特别注意的地方，即当前活动的Python 线程不一定是获得了GIL 的线程。正如我们在这里所展示的，在thread1.py 中，主线程现在是获得了GIL 的，但是子线程到现在还没有申请GIL，自然也不会将自身挂起。由于主线程和子线程都是Win32 的原生线程，所以操作系统可能在主线程和子线程之间切换。我们在这里要着重指出操作系统级的线程调度和Python 级的线程调度是不同的。Python 级的线程调度一定意味着GIL拥有权的易手，而操作系统级的线程调度并不一定意味着GIL 的易手，当所有的线程都完成了初始化动作之后，操作系统的线程调度和Python 的线程调度才会同一。那时，Python的线程调度会迫使当前活动线程释放GIL，而这一操作会触发GIL 中维护的Event 内核对象，这个触发又进而触发操作系统的线程调度。而在线程的初始化完成之前，在Python线程调度和操作系统线程调度之间并没有这样的因果关系。图15-7 中显示了GIL 在Python级线程调度与操作系统级线程调度之间所起的桥梁作用。

图15-7 Python 级的线程调度与操作 系统级的线程调度

[threadmodule.c]
static void t_bootstrap(void *boot_raw)
{
struct bootstate *boot = 
(struct bootstate *) boot_raw;
PyThreadState *tstate;
PyObject *res;
tstate = PyThreadState_New(boot->interp);
PyEval_AcquireThread(tstate);
res = PyEval_CallObjectWithKeywords
(boot->func, boot->args,
boot->keyw);
……
}

前面我们已经剖析过PyEval_AcquireThread 的代码，在PyEval_AcquireThread中，子线程进行了最后的冲刺，它要生存，要执行，于是它开始通过PyThread_acquire_lock 争取GIL。到了这一步，子线程将自己挂起，操作系统的线程调度机制再也不能靠自身的力量将其唤醒，只有等待Python 的线程调度机制强迫主线程放弃GIL 后，子线程才会被唤醒；而子线程被唤醒之后，主线程却又陷入了苦苦地等待中，同样苦苦地守望着Python 强迫子线程放弃GIL 的那一刻。

当子线程被Python 的线程调度机制唤醒之后，它所作的第一件事就是通过PyThreadState_Swap 将Python 维护的当前线程状态对象设置为其自身的状态对象，一如操作系统的进程上下文环境恢复一样。

现在我们的子线程开始等待GIL，但是注意，线程的初始化还没有真正完成，因为子线程还没有顺利进入字节码解释器。当Python 线程调度将子线程唤醒之后，子线程将回到t_bootstrap 中，并进入PyEval_CallObjectWithKeywords，从这里一直往前，最终将调用PyEval_EvalFrameEx，进入解释器。到了那个时候，子线程和主线程一样，就完全被Python 线程调度机制所控制了。

图15-8 展示了从主线程开始创建子线程，到子线程进入Python 解释器的所有函数调用。

需要注意的是，PyThread_start_new_thread 是在主线程中执行的，而从bootstrap开始，则是在子线程中执行的。其中涉及线程销毁的动作，如PyThreadState_DeleteCurrent 等，将在后续的部分剖析。

到了这里，读者可能有些疑惑了，我们花费了大量篇幅剖析的线程状态对象链表似乎没有什么用啊。其实不然，试想一下，当线程调度发生时，在Python 一级，需要通过之前剖析过的PyTrheadState_Swap 函数切换当前的线程状态对象，这时候就需要根据线程id 从线程状态对象链表中获取线程对象了。事实上，在Python 内部的许多API 中，比如PyGILState_Ensure 等等中，都会涉及这个链表，这些API 在C 与Python 交互时可能被大量调用，有兴趣的读者可以自行深入探索一下。

图15-8 PyThread_start_new_thread 中的执行序列