對Python線程內(nèi)容進(jìn)行全講析
怎么區(qū)分哪個Python線程對應(yīng)哪個狀態(tài)對象呢？首先考慮的是我們還有線程的ID。ID存儲的正是各個線程的ID，根據(jù)這些ID，就可以輕輕松松的進(jìn)行Python線程內(nèi)容的尋找了。
每一個線程對應(yīng)的線程狀態(tài)對象都保存著這個線程當(dāng)前的PyFrameObject對象，線程的id這樣一些信息。有時候，線程是需要訪問這些信息的。比如考慮一個最簡單的情形，在某種情況下。
每個線程都需要訪問線程狀態(tài)對象中所保存的thread_id信息，顯然，線程A獲得的應(yīng)該是A的thread_id，線程B亦然。倘若線程A獲得的是B的thread_id，那就壞菜了。這就意味著Python內(nèi)部必須有一套機(jī)制，這套機(jī)制與操作系統(tǒng)管理進(jìn)程的機(jī)制非常類似。
我們知道，在操作系統(tǒng)從進(jìn)程A切換到進(jìn)程B時，首先會保存進(jìn)程A的上下文環(huán)境，再進(jìn)行切換；當(dāng)從進(jìn)程B切換回進(jìn)程A時，又會恢復(fù)進(jìn)程A的上下文環(huán)境，這樣就保證了進(jìn)程A始終是在屬于自己的上下文環(huán)境中運行。
這里的線程狀態(tài)對象就等同于進(jìn)程的上下文，Python線程內(nèi)容同樣會有一套存儲、恢復(fù)線程狀態(tài)對象的機(jī)制。同時，在Python內(nèi)部，維護(hù)著一個全局變量：PyThreadState * _PyThread- State_Current。
當(dāng)前活動線程所對應(yīng)的線程狀態(tài)對象就保存在這個變量里，當(dāng)Python調(diào)度線程時，會將被激活的線程所對應(yīng)的線程狀態(tài)對象賦給_PyThreadState_Current，使其始終保存著活動線程的狀態(tài)對象。
這就引出了這樣的一個問題：Python如何在調(diào)度進(jìn)程時，獲得被激活線程對應(yīng)的狀態(tài)對象？Python內(nèi)部會通過一個單向鏈表來管理所有的Python線程的狀態(tài)對象。當(dāng)需要尋找一個線程對應(yīng)的狀態(tài)對象時，就遍歷這個鏈表，搜索其對應(yīng)的狀態(tài)對象。在此后的描述中，我們將這個鏈表稱為“狀態(tài)對象鏈表”。
下面我們來看一看實現(xiàn)這個機(jī)制的關(guān)鍵數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。PyThread_create_key將創(chuàng)建一個新的key。注意，這里的key都是一個整數(shù)。而且，當(dāng)PyThread_create_key***次被調(diào)用時（在_PyGILState_Init中的調(diào)用正是***次調(diào)用），會通過PyThread_allcate_lock創(chuàng)建一個keymutex。
根據(jù)我們前面的分析，這個keymutex實際上和GIL一樣，都是一個PNRMUTEX結(jié)構(gòu)體，而在這個結(jié)構(gòu)體中，維護(hù)著一個Win32下的Event內(nèi)核對象。這個keymutex的功能就是用來互斥對狀態(tài)對象鏈表的訪問。
在_PyGILState_Init中，創(chuàng)建的新key被Python維護(hù)的全局變量autoTLSkey接收，其中的TLS是Thread Local Store的縮寫。這個autoTLSkey將用作Python保存所有線程的狀態(tài)對象的一個參數(shù)，即是圖15-6中的key值。也就是說，狀態(tài)對象列表中所有key結(jié)構(gòu)體中的key值都會是autoTLSkey。
哎，那位看官說了，你看PyThread_create_key返回的是nkeys的遞增后的值啊，就是說每create一次，得到的結(jié)果都是不同的，怎么能說所有的key都是一樣的呢？事實上，在整個Python的源碼中，PyThread_create_key只在_PyGILState_Init中被調(diào)用了，而這個_PyGILState_Init只會在Python運行時環(huán)境初始化時調(diào)用一次。
雖然這個核心函數(shù)的名字叫find_key，然而我們可以看到，它的作用并不僅僅是搜索，而且還包含了創(chuàng)建的動作。在代碼清單15-3的[2]處，find_key會遍歷狀態(tài)對象列表，搜索key和id都匹配的key結(jié)構(gòu)體。
如果搜索成功，則直接返回；而當(dāng)搜索失敗時，find_key會在代碼清單15-3的[3]處創(chuàng)建一個新的key結(jié)構(gòu)體，并設(shè)置其中的id，key和value，***將其插入到狀態(tài)對象列表的頭部。
在代碼清單15-3的[1]和[4]處我們看到了Python確實通過在_PyGILState_Init中創(chuàng)建的keymutex來互斥對狀態(tài)對象列表的訪問。在了解了這個核心函數(shù)之后，Python線程內(nèi)容為狀態(tài)對象列表所提供的接口就顯得非常清晰了。其實，就是簡單的鏈表的插入、刪除和查詢操作。
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