11.9 子解释器

到目前为止，你已经了解了：

• 多进程并行执行；

• 线程和异步并发执行。

多进程的缺点是使用管道和队列的进程间通信比共享内存慢，而且启动新进程的开销很大。

线程和异步的开销很小，但由于 GIL 中的线程安全保证而不能提供真正的并行执行。

第四个选项是 subinterpreters，它的开销比 multiprocessing 小，并且允许每个子解释器有一个 GIL。毕竟它是全局 解释器 锁。

在 CPython 运行时中，总是有一个解释器。解释器保存解释器状态，在一个解释器中你可以有一个或多个 Python 线程。解释器是求值循环的容器。它还管理自己的内存、引用计数器和垃圾收集。

CPython 具有用于创建解释器的低层次 C API，例如 Py_NewInterpreter()：

图片内容： Runtime State：运行时状态， Runtime：运行时， Interpreter 0： primary：主的， Interpreter State：解释器状态， GIL：不译， Thread 0：线程 0， Heap：堆， Core Instructions：核心指令， Modules：模块， Files：文件， Locks：锁， Sockets：套接字

注

subinterpreters 模块在 3.9 中仍处于实验阶段，因此 API 可能会发生变化并且实现仍然存在问题。

因为解释器状态包含内存分配区域——所有指向 Python 对象（本地和全局）的指针的集合——子解释器无法访问其他解释器的全局变量。

与多进程类似，要在解释器之间共享对象，你必须将它们序列化或使用 ctypes 并使用一种 IPC（网络、磁盘或共享内存）。

相关源文件

以下是与子解释器相关的源文件：

文件	用途
Lib/_xxsubinterpreters.c	子解释器模块的 C 实现
Python/pylifecycle.c	解释器管理 API 的 C 实现

例子

在最后的示例应用程序中，必须在字符串中捕获实际的连接代码。在 3.9 中，子解释器只能用一串字符串代码来执行。

为了启动每个子解释器，线程列表以回调函数 run() 开始。

此函数将：

• 创建一个通信通道；

• 启动一个新的子解释器；

• 向子解释器发送要执行的代码；

• 通过通信通道接收数据；

• 如果端口连接成功，将其加入线程安全的队列。

cpython-book-samples/33/portscanner_subinterpreters.py

import time
import _xxsubinterpreters as subinterpreters
from threading import Thread
import textwrap as tw
from queue import Queue

timeout = 1 # In seconds

def run(host: str, port: int, results: Queue):
    # Create a communication channel
    channel_id = subinterpreters.channel_create()
    interpid = subinterpreters.create()
    subinterpreters.run_string(
        interpid,
        tw.dedent(
    """
    import socket; import _xxsubinterpreters as subinterpreters
    sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    sock.settimeout(timeout)
    result = sock.connect_ex((host, port))
    subinterpreters.channel_send(channel_id, result)
    sock.close()
    """),
        shared=dict(
        channel_id=channel_id,
        host=host,
        port=port,
        timeout=timeout
        ))
    output = subinterpreters.channel_recv(channel_id)
    subinterpreters.channel_release(channel_id)
    if output == 0:
        results.put(port)

if __name__ == '__main__':
    start = time.time()
    host = "127.0.0.1" # Pick a host you own
    threads = []
    results = Queue()
    for port in range(80, 100):
        t = Thread(target=run, args=(host, port, results))
        t.start()
        threads.append(t)
    for t in threads:
        t.join()
    while not results.empty():
        print("Port {0} is open".format(results.get()))
    print("Completed scan in {0} seconds".format(time.time() - start))

由于与多进程相比开销减少，此示例的执行速度应该加快 30% 到 40%，并且占用更少的内存资源：

$ python portscanner_subinterpreters.py
Port 80 is open
Completed scan in 1.3474230766296387 seconds