Как механизм GIL ограничивает параллельное выполнение потоков в интерпретаторе Python?

GIL (Global Interpreter Lock) — это механизм в интерпретаторе CPython, который обеспечивает, что в каждый момент времени только один поток выполняет байт-код Python.

Это ограничение связано с тем, что многие внутренние структуры Python не являются потокобезопасными, и GIL предотвращает одновременный доступ к ним из разных потоков.

Из-за GIL многопоточные Python-программы не могут эффективно использовать несколько ядер процессора для параллельного выполнения Python-кода. Потоки могут переключаться, но фактически выполняется только один поток Python-кода.

Однако GIL не блокирует выполнение операций ввода-вывода или вызовов в расширениях на C, которые могут освобождать GIL, позволяя другим потокам выполняться.

Пример:

import threading
import time

def worker():
    for _ in range(5):
        print("Работаем")
        time.sleep(1)

threads = []
for i in range(3):
    t = threading.Thread(target=worker)
    threads.append(t)
    t.start()

for t in threads:
    t.join()

Несмотря на несколько потоков, из-за GIL они не выполняются параллельно на нескольких ядрах для CPU-интенсивных задач.