面试题：Python中线程与进程的资源占用差异

Question

在Python中，线程和进程在资源占用方面有哪些主要差异？请结合GIL（全局解释器锁）进行说明。

Answer 1

资源占用差异

1. 内存占用：
   • 进程：每个进程都有独立的地址空间，包括代码段、数据段、堆和栈等。这意味着进程间的内存是隔离的，启动多个进程会占用较多的内存资源。例如，若一个进程占用100MB内存，启动3个进程就大约占用300MB内存（不考虑共享内存等特殊情况）。
   • 线程：同一进程内的线程共享进程的地址空间，它们共享代码段、数据段等，只拥有各自独立的栈空间用于存储局部变量和函数调用信息。因此线程的内存开销相对较小，若启动3个线程，额外的内存开销主要是每个线程的栈空间。
2. 文件描述符等资源：
   • 进程：每个进程拥有独立的文件描述符表等系统资源。不同进程对文件等资源的操作相互独立，一个进程关闭文件描述符不会影响其他进程。
   • 线程：同一进程内的线程共享进程的文件描述符等资源。若一个线程关闭了文件描述符，其他线程也无法再使用该文件描述符。

与GIL的关系

1. GIL简介：GIL是Python解释器中的一把全局锁，在同一时刻只有一个线程能在CPU上执行Python字节码。
2. 对资源占用影响：
   • 进程：由于进程相互独立，不受GIL限制。每个进程都可以充分利用多核CPU的资源，在多核环境下，多个进程可以并行执行，各自占用独立的CPU核心，提高计算效率，在资源占用上更偏向于各自独立的资源分配。
   • 线程：虽然线程共享进程资源，内存占用相对较小，但受GIL限制，在多核CPU环境下，同一时刻只有一个线程能执行Python字节码，其他线程即使处于就绪状态也无法在其他CPU核心上运行，这在一定程度上限制了多线程在CPU密集型任务中的效率提升，不过在I/O密集型任务中，由于线程等待I/O时会释放GIL，使得其他线程有机会执行，能较好地利用资源。