python 3.13t GIL無効化設定 - ②CPU-Bound実行時間計測

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処理の実行時間を計測してみました。

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

Single-thread

CPU-Bound

Code(single_thread_cpu.py 疑似CPU-Bound)

from threading import Thread

COUNT = 5000000
def countdown(n):
    while n>0:
        n -= 1
if __name__ == '__main__':
    countdown(COUNT)

GIL有効の場合

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:\> measure-command {python.exe single_thread_cpu.py} | findstr TotalMilliseconds
TotalMilliseconds : 144.5156

GIL無効の場合

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:\> measure-command {python3.13t.exe single_thread_cpu.py} | findstr TotalMilliseconds
TotalMilliseconds : 210.0626

GIL無効の場合、実行時間が長くなりました。

Multi-threads

Code(multi_threads_cpu.py 疑似CPU-Bound)

from threading import Thread

def countdown():
    n = 5000000
    while n>0:
        n -= 1
   
def cpu_bound_multi():
    t1 = Thread(target=countdown)
    t2 = Thread(target=countdown)

    t1.start()
    t2.start()

    t1.join()
    t2.join()

if __name__ == '__main__':
    cpu_bound_multi()

GIL有効の場合

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:\> measure-command {python.exe multi_threads_cpu.py} | findstr TotalMilliseconds
TotalMilliseconds : 249.4991

GIL無効の場合

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:\> measure-command {python3.13t.exe multi_threads_cpu.py} | findstr TotalMilliseconds
TotalMilliseconds : 232.4705

まとめ

• 5000000回の繰り返し処理の実行時間(Libraryのimportコスト込み)

GIL	Single-Thread	Multi-Threads
有効	144ms	249ms
無効	210ms	232ms

• GIL有効の場合、Multi-Threadsの実行時間(249ms)がSingle-Thread(144ms)の約２倍ですので、並列処理できていないことが分かりました。
• 一方で、GIL無効の場合、Multi-Threads(232ms)とSingle-Thread(210ms)の実行時間に大差がないですので、並列処理が可能であることを理解できました。
• しかし、Single-Threadの場合、GIL有効と比べると、GIL無効での実行時間が長くなりました(144ms⇒210ms)。当面はGIL無効化によるパフォーマンスの低下が避けられないです。