python 3.13t GIL無効化設定 - ①CPU-Bound並行実行

はじめに

2024年10月、GIL無効化設定が可能のpython 3.13が正式にリリースされました。
GIL有効・無効により、CPU-Bound・IO-Bound処理の動作を検証してみました。

環境

• python: 3.13
  python3.13をinstallした後、python.exeとpython3.13t.exeが作成されます。後者はfree-threadingのGIL無効版です。
  
• OS: windows 11
• other: Powershell

並行実行(Concurrency)

CPU-Bound

Code(multi_threads_cpu_print.py 疑似CPU-Bound)

from threading import Thread
import sys

execution_log = []

def countdown(obj, n1):
    while n1>0:
        execution_log.append(obj)
        n1 -= 1

def cpu_bound_multi():
    t1 = Thread(target=countdown, args=("a",5000))
    t2 = Thread(target=countdown, args=("bb",500))

    t1.start()
    t2.start()

    t1.join()
    t2.join()

if __name__ == '__main__':
    cpu_bound_multi()
    with open(sys.argv[1], "w") as file:
        file.write("\n".join(execution_log))

GIL有効の場合、CPU-Bound処理の並行実行ができない

PS C:\> python.exe -c "import platform,sys; print(f'{platform.python_version()}, GIL: {sys._is_gil_enabled()}')"
3.13.0, GIL: True

PS C:\> python.exe multi_threads_cpu_print.py output_cpu_gil_true.txt

• output_cpu_gil_true.txt
  Thread-1の処理が完了した後、Thread-2の処理が開始したことを確認しました。
  

GIL無効の場合、CPU-Bound処理の並行実行ができる

PS C:\> python3.13t.exe -c "import platform,sys; print(f'{platform.python_version()}, GIL: {sys._is_gil_enabled()}')"
3.13.0, GIL: False

PS C:\> python3.13t.exe multi_threads_cpu_print.py output_cpu_gil_false.txt

• output_cpu_gil_false.txt
  Thread-1とThread-2の処理が交替に実行されていたことを確認できました。
  

IO-Bound

Code(疑似IO-Bound)

import time
from threading import Thread
execution_log = []
def sleep_(obj):
    n = 5

    while n>0:
        execution_log.append(obj)
        n -= 1
        time.sleep(0.1)

def io_bound_multi():
    t1 = Thread(target=sleep_, args=("a",))
    t2 = Thread(target=sleep_, args=("bb",))

    t1.start()
    t2.start()

    t1.join()
    t2.join()

    
if __name__ == '__main__':
    io_bound_multi()
    print(execution_log)

GIL有効・無効と関係なく、IO-Bound処理の並行実行ができる

PS C:\> python.exe multi_threads_io_print.py
['a', 'bb', 'a', 'bb', 'a', 'bb', 'a', 'bb', 'a', 'bb']

PS C:\> python3.13t.exe multi_threads_io_print.py
['a', 'bb', 'a', 'bb', 'a', 'bb', 'a', 'bb', 'a', 'bb']