如何解决/绕过似乎与 GIL 相关的锁定问题

Question

两个线程之间的模糊锁定似乎与全局解释器锁定或其他一些“幕后锁定”有关，我不知道如何继续进行故障排除。任何如何消除锁定的提示将不胜感激。

该问题在更大的代码集中重现（不规则且有些随机）。代码是严格的python。 Python 版本是 2.6.5（在 Linux 上）。数小时的故障排除已将发生锁定时的问题减少到以下情况：

1. 程序只有两个运行线程
2. 线程同时调用由单个 threading.RLock 保护的方法
3. 线程 1 已通过 acquire() 获得锁 [以及其他一些锁]
4. 线程 2 调用了 acquire() 并确认正在等待锁
5. 线程 1 可以使用 print() 打印到控制台，但是它被一个简单的非阻塞库调用锁定

#5 中的攻击性调用是函数 unicode.encode，它应该是非阻塞的。线程 1 中的以下代码在线程锁定的位置将（如预期）打印“A”和“B”：

print('A')
print('B')

但是，下面的代码只会打印 'A' 并阻塞线程：

print('A')
u'hello'.encode('utf8') # This dummy (non-blocking) call locks up Thread 1
print('B')

这对我来说毫无意义。两个线程之间不存在逻辑死锁条件。线程 1 被非阻塞库调用阻塞，该调用不会以任何方式干扰线程 2，线程 2 只是静静地等待获取 RLock。我能想到的线程 1 被阻塞的唯一原因是它正在等待 GIL。

任何想法如何进一步解决这个问题，或者任何机制以某种方式控制或操纵 GIL 操作作为解决方法？

编辑：一些针对样本偏差的附加信息（感谢您的回复）。我在追踪时遇到了问题，因为这个问题似乎对任何可能干扰两个线程之间时间的事情都非常敏感。然而，仅使用 -f 选项运行 strace，经过几次迭代后，我能够获得跟踪。

线程 1 包含这三个调试语句，它们应将两行“CHECK_IN”和“CHECK_TEST”打印到控制台：

print('CHECK IN')#DEBUG
u'hello'.encode('utf8')
print('CHECK TEST')#DEBUG

这是strace的最后一页：

8605  mmap2(NULL, 266240, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb753d000
8605  mmap2(NULL, 8392704, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS|MAP_STACK, -1, 0) = 0xb6d3c000
8605  mprotect(0xb6d3c000, 4096, PROT_NONE) = 0
8605  clone(child_stack=0xb753c494, flags=CLONE_VM|CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND|CLONE_THREAD|CLONE_SYSVSEM|CLONE_SETTLS|CLONE_PARENT_SETTID|CLONE_CHILD_CLEARTID, parent_tidptr=0xb753cbd8, {entry_number:6, base_addr:0xb753cb70, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}, child_tidptr=0xb753cbd8) = 8606
8606  set_robust_list(0xb753cbe0, 0xc <unfinished ...>
8605  futex(0xa239138, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
8606  <... set_robust_list resumed> )   = 0
8606  futex(0xa239138, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1
8605  <... futex resumed> )             = 0
8606  gettimeofday( <unfinished ...>
8605  futex(0xa272398, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
8606  <... gettimeofday resumed> {1301528807, 326496}, NULL) = 0
8606  futex(0xa272398, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1
8605  <... futex resumed> )             = 0
8606  futex(0xa272398, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1 <unfinished ...>
8605  gettimeofday( <unfinished ...>
8606  <... futex resumed> )             = 0
8605  <... gettimeofday resumed> {1301528807, 326821}, NULL) = 0
8606  futex(0xa272398, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
8605  futex(0xa272398, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1 <unfinished ...>
8606  <... futex resumed> )             = -1 EAGAIN (Resource temporarily unavailable)
8605  <... futex resumed> )             = 0
8606  gettimeofday( <unfinished ...>
8605  futex(0xa272398, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
8606  <... gettimeofday resumed> {1301528807, 326908}, NULL) = 0
8606  futex(0xa272398, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1
8605  <... futex resumed> )             = 0
8606  futex(0xa272398, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1 <unfinished ...>
8605  futex(0xa1b0d70, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL <unfinished ...>
8606  <... futex resumed> )             = 0
8606  stat64("/etc/localtime", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=2225, ...}) = 0
8606  fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 1), ...}) = 0
8606  mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb6d3b000
8606  write(1, "CHECK IN\n", 9)         = 9
8606  futex(0xa115270, FUTEX_WAIT_PRIVATE, 0, NULL

而这三行代码的输出正好如下，在程序卡死之前：

CHECK IN

所以 strace 显示线程 1 (#8606) 如何写入 'CHECK_IN' 字符串，并在到达 unicode.encode 调用时进入永远不会返回的等待状态。

顺便说一句，我将在所有模块中进行一些未来的导入，以符合一些较新的 python 约定...

from __future__ import print_function, unicode_literals

...但我看不出它们应该有什么不同——尤其是当 u'hello' 字符串被显式调用为 unicode 字符串时。

Answer 1

我在 Python 源代码中找不到任何会导致 unicode.encode() 阻塞的内容，并且我编写的用于尝试重现此操作的虚拟程序按预期运行。您提到线程 1 获得了超过 1 个锁 - 您是否消除了这些锁作为锁定的来源？

下面的测试用例是否在您的环境中显示相同的锁定？

import time
import threading

def worker(tid):
    _lock.acquire()
    if not tid:
        # wait for rest of threads to enter acquire
        time.sleep(0.5)    
    print('%d: A' % tid)
    u'hello'.encode('utf-8')
    print('%d: B' % tid)
    _lock.release()

def start(tid):
    th = threading.Thread(target=worker, args=(tid,))
    th.start()
    return th

_num = 2
_lock = threading.RLock()
workers = [start(n) for n in range(_num)]
while all(w.isAlive() for w in workers):
    time.sleep(1)

输出：

0: A
0: B
1: A
1: B

您也可以在您的程序上运行strace 以找出进程被阻塞的位置。例如上面的脚本：

% strace -fTr -o trace.out python lockup.py

-o trace.out 标志告诉 strace 将输出写入文件。你可以省略它，strace 将打印到 stderr。

trace.out 的内容应该显示程序进行的所有系统调用，每一行都以线程 ID 和系统调用之间的相对时间为前缀。该行的末尾将花费在该系统调用中的时间。我已经用相应的 Python 代码注释了最后几个系统调用：

# thread 0 time.sleep(0.5) completes
24778      0.500124 <... select resumed> ) = 0 (Timeout) <0.500599>
# preparing to print()
24778      0.000071 fstat(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 0), ...}) = 0 <0.000017>
24778      0.000058 mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f8fe90a6000 <0.000018>
# print("0: A\n")..
24778      0.000079 write(1, "0: A\n", 5) = 5 <0.000023>
24778      0.000106 write(1, "0: B\n", 5) = 5 <0.000056>
# thread 0 _lock.release()
24778      0.000114 futex(0xe0f3c0, FUTEX_WAKE_PRIVATE, 1) = 1 <0.000024>
24778      0.000108 madvise(0x7f8fe7266000, 8368128, MADV_DONTNEED) = 0 <0.000030>
# thread 0 exit
24778      0.000072 _exit(0)            = ?
# thread 1 _lock.acquire()
24779      0.000050 <... futex resumed> ) = 0 <0.500774>
# thread 1 print("1: A\n") and so on..
24779      0.000052 write(1, "1: A\n", 5) = 5 <0.000026>
24779      0.000086 write(1, "1: B\n", 5) = 5 <0.000026>
24779      0.000099 madvise(0x7f8fe6a65000, 8368128, MADV_DONTNEED) = 0 <0.000024>
24779      0.000064 _exit(0)            = ?
24777      0.499956 <... select resumed> ) = 0 (Timeout) <1.001138>
24777      0.000132 rt_sigaction(SIGINT, {SIG_DFL, [], SA_RESTORER, 0x7f8fe8c7c8f0}, {0x4d9a90, [], SA_RESTORER, 0x7f8fe8c7c8f0}, 8) = 0 <0.000025>
# main thread process exit
24777      0.002349 exit_group(0)       = ?