关于Python中GIL的线程就绪队列调度机制及线程结束顺序差异的技术问询

Context #

我正在执行一个创建5个线程的Python程序，代码如下：

import time
from threading import Thread


def do_work(thread_number):
    print(f"Starting thread {thread_number}")
    time.sleep(1)
    print(f"Ending thread {thread_number}")


for i in range(5):
    t = Thread(target=do_work, args=(i,))
    t.start()

我多次运行程序后得到了以下不同的输出：

Output 1 #

Starting thread 0
Starting thread 1
Starting thread 2
Starting thread 3
Starting thread 4
Ending thread 1
Ending thread 0
Ending thread 4
Ending thread 3
Ending thread 2

Output 2 #

Starting thread 0
Starting thread 1
Starting thread 2
Starting thread 3
Starting thread 4
Ending thread 4
Ending thread 2
Ending thread 3
Ending thread 0
Ending thread 1

Output 3 #

Starting thread 0
Starting thread 1
Starting thread 2
Starting thread 3
Starting thread 4
Ending thread 4
Ending thread 1
Ending thread 3
Ending thread 2
Ending thread 0

My Question #

从输出中可以明显看出，我猜测GIL似乎把被中断的线程放回了等待队列的末尾。这也是为什么每次都是所有Started Thread <thread number>先打印出来，之后才会打印Ending Thread <thread number>。

但既然线程是按顺序启动执行的（先0号，再1号，然后2号……直到4号），而且如果被中断的线程被放到就绪队列的末尾，为什么它们的结束顺序不是和启动顺序相反呢？

究竟是哪些因素导致了这种顺序的变化？

我的解答 #

首先得纠正你一个关键的误解：CPython的GIL并没有维护一个简单的“等待队列”，也不会把被中断的线程固定放到队列末尾。线程的调度逻辑比你想象的要复杂，是GIL的释放时机和操作系统的线程调度器共同作用的结果：

1. 为什么所有“Starting”都会先全部打印出来？ #

这和time.sleep(1)的行为直接相关：当Python线程执行到time.sleep()时，会主动释放GIL，然后进入休眠状态。你的主线程启动0号线程后，0号线程打印“Starting”就调用sleep，主动释放GIL；此时主线程可以继续启动1号线程，重复这个过程——直到所有5个线程都完成了“Starting”的打印并进入休眠。这部分顺序固定，完全是因为sleep触发了主动的GIL释放，让主线程能快速启动所有子线程。

2. 为什么结束顺序每次都不一样？ #

当sleep的1秒结束后，所有休眠的线程会被操作系统唤醒，然后它们需要重新竞争GIL才能继续执行剩下的print("Ending...")。这时候的调度权完全在操作系统的线程调度器手里，和GIL自己的规则无关：

• 操作系统的线程调度器会根据线程的优先级、当前系统的负载、时间片分配策略（比如轮转调度、优先级调度）等多种因素，选择下一个获得CPU时间片并拿到GIL的线程。
• CPython在3.2版本之后，GIL的释放是通过定时器触发的（默认每100个字节码指令释放一次），但线程唤醒后的竞争没有固定顺序，也不是简单的“先中断的放最后”。
• 另外，不同线程从唤醒到实际拿到GIL的时间也可能有细微差异，这也会影响最终的结束顺序。

3. 关于你提到的“中断线程放最后”的误区 #

你以为GIL会把被中断的线程放到队列末尾，但实际上CPython并没有为等待GIL的线程维护一个有序队列。当一个线程释放GIL后，所有等待的线程会进入竞争状态，操作系统会选择其中一个线程来执行——这个选择不是FIFO，也不是固定把之前的线程排到最后，完全由操作系统的调度策略决定。

总结一下：你看到的结束顺序差异，本质是操作系统线程调度器的“随机”选择导致的，和GIL本身的队列无关。GIL只是保证同一时刻只有一个Python字节码执行流，但线程的调度最终还是由操作系统说了算。

备注：内容来源于stack exchange，提问作者Deepak Tatyaji Ahire