ЗАМЕР
bench/free-threading-races/lost_update.py
Скрипт, которым получены числа в статье, и запись прогона. Файл читается на сборке из репозитория — это тот самый код, который запускали, а не его копия.
- Цитируется в статье
- /ru/python/concurrency/free-threading-races
Запись прогона
Гонки без GIL: замеры для статьи
Проверяется утверждение: код, который в сборке с GIL годами работал правильно, в свободной сборке ломается — хотя гонка в нём была всегда. GIL не делал операции атомарными; он лишь не давал потоку уступить управление в середине короткой последовательности инструкций.
Один и тот же код запускается на трёх интерпретаторах:
| сборка | что это |
|---|---|
3.14.10 |
обычная сборка, GIL включён |
3.14.10t |
свободная сборка той же версии, GIL выключен |
3.15.2t |
свободная сборка следующей версии: в ней исправлена гонка итератора range (cpython#129068) |
Как запустить
uv python install 3.14.10 3.14.10t 3.15.2t
./run.sh # записывает runs/<сборка>.txt
Нужен компилятор C (cc): gil_reenable.py собирает два крошечных
расширения из ext/ под тот интерпретатор, которым запущен.
| Скрипт | Что меряет |
|---|---|
bytecode.py |
инструкции между чтением и записью в двух формах приращения и есть ли среди них точка, где поток может уступить GIL |
lost_update.py |
сколько приращений из 4 000 000 теряется: c.n += 1, d["n"] += 1, c.n = c.n + one(); два исправления и их цена |
check_then_act.py |
ленивый кеш «проверил — записал»: два отдельных показателя — лишние вызовы make() (extra make() calls) и ключи, для которых потоки получили разные объекты (keys split); setdefault и блокировка. Раскол считается по самим объектам: каждый полученный объект удерживается до конца опыта, id сравниваются после join всех потоков |
shared_iterator.py |
один итератор range или списка на четыре потока: повторы, пропуски, значения вне источника; очередь как исправление |
gil_reenable.py |
импорт расширения многофазной инициализации без слота Py_mod_gil включает GIL для всего процесса: предупреждение и ускорение до и после (однофазный модуль заявляет поддержку вызовом PyUnstable_Module_SetGIL; здесь не меряется) |
context_flags.py |
thread_inherit_context и context_aware_warnings: тот же код даёт другой результат |
runs/3.14.10t-old-flags.txt — context_flags.py в свободной сборке с
ключами -X thread_inherit_context=0 -X context_aware_warnings=0: так
возвращается поведение сборки с GIL.
Машина замеров
2 vCPU (Intel Xeon; модель и частота — во второй строке каждой записи, текущие
записи сняты на 2.10GHz), Linux, интерпретаторы из python-build-standalone
(uv python install). Числа потерь от прогона к прогону разные — это и есть
содержание замера, поэтому печатаются все пять прогонов, а не среднее.
Времена — лучшее из пяти.
Скрипт
136 строк"""Потерянные приращения: `+=` на общем объекте из нескольких потоков.
Четыре потока, каждый прибавляет единицу миллион раз. Итог должен быть
4 000 000; печатается, сколько приращений потеряно в каждом из пяти прогонов.
Три формы одной и той же операции:
1. `c.n += 1` — атрибут объекта;
2. `d["n"] += 1` — элемент словаря;
3. `c.n = c.n + one()` — между чтением и записью стоит вызов функции.
Третья форма нужна, чтобы отделить «гонки нет» от «гонку не видно». В сборке с
GIL поток может отдать блокировку только в точках проверки (`_CHECK_PERIODIC`
в Python/bytecodes.c): на входе в функцию, после вызова, на обратном переходе
цикла. Внутри `c.n += 1` таких точек нет, а внутри формы 3 — есть.
Блок 4 — два исправления и их цена по времени: блокировка вокруг приращения
и счётчик у каждого потока свой, сумма в конце.
"""
import threading
import time
from common import RUNS, THREADS, env_line, fmt_int, fmt_list, header, run_threads
N = 1_000_000
EXPECTED = N * THREADS
class Box:
pass
def one():
return 1
def attr_plus_equals():
c = Box()
c.n = 0
def work():
for _ in range(N):
c.n += 1
run_threads(work)
return c.n
def dict_plus_equals():
d = {"n": 0}
def work():
for _ in range(N):
d["n"] += 1
run_threads(work)
return d["n"]
def call_between():
c = Box()
c.n = 0
def work():
for _ in range(N):
c.n = c.n + one()
run_threads(work)
return c.n
def with_lock():
c = Box()
c.n = 0
lock = threading.Lock()
def work():
for _ in range(N):
with lock:
c.n += 1
run_threads(work)
return c.n
def per_thread():
totals = [0] * THREADS
def work(i):
n = 0
for _ in range(N):
n += 1
totals[i] = n
run_threads(work, args_for=lambda i: (i,))
return sum(totals)
def series(fn):
lost, seconds = [], []
for _ in range(RUNS):
t0 = time.perf_counter()
got = fn()
seconds.append(time.perf_counter() - t0)
lost.append(EXPECTED - got)
return lost, min(seconds)
def main():
print(env_line())
print(f"threads {THREADS}, increments per thread {fmt_int(N)}, expected {fmt_int(EXPECTED)}")
# Заголовки без знаков операций: признак блока прогона в
# scripts/validate-runs.mjs принимает только буквы, цифры и знаки
# препинания, и заголовок с «+=» сборка молча не сверяла бы вовсе.
for n, title, code, fn in [
(1, "INCREMENTING AN ATTRIBUTE: LOSSES OVER FIVE RUNS", "c.n += 1", attr_plus_equals),
(2, "INCREMENTING A DICT ITEM", 'd["n"] += 1', dict_plus_equals),
(3, "A FUNCTION CALL BETWEEN READ AND WRITE", "c.n = c.n + one()", call_between),
]:
header(n, title)
print(f"operation: {code}")
lost, best = series(fn)
print(f"lost: {fmt_list(lost)}")
print(f"share lost: {min(lost) / EXPECTED:.1%} to {max(lost) / EXPECTED:.1%}")
print(f"best run time: {best:.3f} s")
header(4, "FIXES: LOSSES AND COST")
for label, fn in [("lock around +=", with_lock), ("per-thread counter", per_thread)]:
lost, best = series(fn)
print(f"{label:<20} lost {fmt_list(lost)}, best time {best:.3f} s")
if __name__ == "__main__":
main()