# Python 对自由线程的支持

从 3.13 发布版开始，CPython 支持 free threading 的 Python 构建，其禁用 global interpreter lock (GIL)。自由线程化的执行允许在可用的 CPU 核心上并行运行线程，充分利用可用的处理能力。 尽管并非所有软件都能自动地从中受益，但是考虑到线程设计的程序在多核硬件上运行速度会更快。

某些第三方包，特别是带有 extension module 的包，可能尚不适用于自由线程构建版，并将重新启用 GIL。

本文档描述了自由线程对 Python 代码的影响。请参阅 自由线程的 C API 扩展支持 了解如何编写支持自由线程构建的 C 扩展。

参见

PEP 703 —— 查阅《在 CPython 中使全局解释器锁成为可选项》以了解对自由线程 Python 的整体描述。

## 安装

从 Python 3.13 开始，官方 macOS 和 Windows 安装器提供了对可选安装自由线程 Python 二进制文件的支持。安装器可在 https://www.python.org/downloads/ 获取。

有关其他平台的信息，请参阅 Installing a Free-Threaded Python，这是一份由社区维护的针对安装自由线程版 Python 的安装指南。

当从源码构建 CPython 时，应使用 `--disable-gil` 配置选项以构建自由线程 Python 解释器。

## 识别自由线程 Python

要判断当前解释器是否支持自由线程，可检查 `python -VV` 和 `sys.version` 是否包含 "free-threading build"。新的 `sys._is_gil_enabled()` 函数可用于检查在运行进程中 GIL 是否确实被关闭。

`sysconfig.get_config_var("Py_GIL_DISABLED")` 配置变量可用于确定构建是否支持自由线程。 如果该变量设置为 `1`，则构建支持自由线程。这是与构建配置相关的决策的推荐机制。

## 自由线程版 Python 中的全局解释器锁

CPython 的自由线程构建版支持在运行时使用环境变量 `PYTHON_GIL` 或命令行选项 `-X gil` 选择性地启用 GIL。

GIL 也可能在导入未显式标记为支持自由线程模式的 C-API 扩展模块时被自动启用。在这种情况下将会打印一条警告。

在单独软件包的文档以外，还有下列网站在追踪热门软件包对自由线程模式的支持状态：

- https://py-free-threading.github.io/tracking/

- https://hugovk.github.io/free-threaded-wheels/

## 线程安全

自由线程构建的 CPython 旨在 Python 层级提供与默认全局解释器锁启用构建相似的线程安全行为。内置类型（如 `dict`、 `list` 和 `set` 等）使用内部上锁来防止并发修改，其行为方式与全局解释器锁相似。但是，Python 历来不对这些内置类型的并发修改提供特定的行为保证，因此这应被视为对当前实现的描述，而不是对当前或未来行为的保证。

备注

建议尽可能使用 `threading.Lock` 或其他同步原语，而不是依赖内置类型的内部锁。

## 已知的限制

本节介绍自由线程 CPython 构建的已知限制。

### 永生化

在自由线程构建中，某些对象属于 immortal 对象。永生对象不会被释放且具有永远不会被修改的引用计数。 这样做是为了避免发生可能妨碍高效的多线程伸缩调整的引用计数争夺问题。

对于 3.14 发布版，永生对象只限于：

- 代码常量：数字字面值，字符串字面值，以及由其他常量组成的元组字面值。

- 由 `sys.intern()` 所内化的字符串。

### 帧对象

从一个 帧对象 访问 `frame.f_locals` 是不安全的，如果该帧目前是在另一个线程中执行的话，这样做可能会导致解释器崩溃。

### 迭代器

从多个线程并发地访问同一个迭代器对象通常不是线程安全的，可能导致各个线程中出现重复或丢失的元素。

### 单线程性能

自由线程构建在执行 Python 代码时相比默认启用 GIL 的构建会有额外的开销。具体的开销取决于工作量和硬件环境。在 pyperformance 基准测试套件中，平均开销增幅在 macOS aarch64 上约为 1% 而在 x86-64 Linux 系统上约为 8%。

## 行为的变化

本节描述 CPython 在自由线程构建时的行为变化。

### 上下文变量

在自由线程构建中，`thread_inherit_context` 标志默认设置为 true，这会导致使用 `threading.Thread` 创建的线程以 `start()` 的调用程序的 `Context()` 的副本启动。在默认启用 GIL 的构建中，该标志默认为 false，因此线程以空 `Context()` 启动。

### 警告过滤器

在自由线程构建中，`context_aware_warnings` 标志默认设置为 true。在默认启用 GIL 的构建中，该标志默认设置为 false。如果该标志为 true，则 `warnings.catch_warnings` 上下文管理器使用上下文变量用于警告过滤器。如果该标志为 false，则 `catch_warnings` 修改全局过滤器列表，这不是线程安全的。详情请参阅 `warnings` 模块。