السؤال الذي طرحته يعكس فهمًا جيدًا للمفاهيم الأساسية في بيئة البرمجة متعددة الخيوط (Multithreading) في Python والتحكم في القفل العام (Global Interpreter Lock – GIL). دعني أوضح لك مفاهيم متعددة تتعلق بذلك.
أولاً وقبل كل شيء، نعم، أنت على حق. يعمل GIL على تنظيم وصول الخيوط إلى موارد النظام في Python. يُشير GIL إلى أنه في أي لحظة معينة، يُسمح لمجرد خيط واحد فقط بتنفيذ الكود بينما يجب على الخيوط الأخرى الانتظار. هذا يعني أنه حتى وإن كان لديك العديد من الخيوط، ستكون هناك فقط واحدة تعمل في أي لحظة محددة.
الآن، لماذا نحتاج للأقفال (Locks) رغم وجود GIL؟ هذا سؤال جيد. الأقفال (Locks) تأتي في الصورة عندما تحتاج إلى ضمان أن عملية قراءة أو كتابة مشتركة (shared operation) تحدث بشكل آمن حتى في بيئة مع GIL. لنفترض أن لديك متغيرًا يُشترك في القراءة والكتابة بين الخيوط. حتى لو كان GIL يضمن أنه في أي وقت معين سيتم تنفيذ كود واحد فقط، إلا أنه لا يمنع التبديل بين الخيوط في نقاط محددة من التنفيذ، مثل عند القيام بعمليات الإدخال والإخراج (Input/Output) أو عند استدعاء بعض الدوال الطويلة.
هنا يأتي دور الأقفال. عندما تستخدم قفلًا (Lock)، فإنك تضمن أنه عندما يبدأ أي خيط في تنفيذ قطعة من الكود التي تحتاج إلى وصول آمن إلى المتغير المشترك، فإنه يقوم بالحصول على القفل أولاً. هذا يعني أنه حتى لو حدث التبديل بين الخيوط، لن يتم السماح لأي خيط آخر بالوصول إلى المتغير المشترك حتى يتم إطلاق القفل.
باختصار، الأقفال مهمة حتى في وجود GIL لأنها تساعد في تجنب حالات التضارب (Race conditions) حيث يتسبب الوصول غير المتزامن إلى بيانات مشتركة في نتائج غير متوقعة أو أخطاء في التطبيق. على الرغم من أن GIL يضمن تنفيذ الكود بشكل متزامن، إلا أن الأقفال توفر وسيلة للتحكم بالوصول إلى البيانات المشتركة بشكل آمن بين الخيوط.
المزيد من المعلومات
بالطبع، سأكمل المقال بتوضيح بعض النقاط الإضافية لتوضيح الفوائد الإضافية لاستخدام الأقفال في بيئة Python حتى مع وجود GIL.
ثمة حالات أخرى يمكن فيها أن تكون الأقفال مفيدة رغم وجود GIL، وهي عندما تتعامل مع عمليات غير متزامنة مثل الإدخال والإخراج (I/O) أو الاتصال بالشبكة. عندما تقوم بالانتظار لاستجابة من ملقم أو عميل، فإن الخيط يمكن أن يفقد GIL خلال فترة الانتظار، مما يسمح لخيوط أخرى بالتنافس على التنفيذ. وهنا يمكن أن تحدث مشكلات إذا لم يتم تنظيم الوصول إلى البيانات المشتركة بشكل صحيح باستخدام الأقفال.
أيضًا، تذكر أن GIL ليس قفلًا تامًا على التنفيذ متعدد الخيوط، ولكنه يسمح فقط لتنفيذ قطعة واحدة من الكود في وقت واحد. هذا يعني أنه إذا كان لديك كود يتضمن عمليات متعددة، مثل قراءة القيمة الحالية ثم زيادتها ثم كتابة القيمة الجديدة، قد تحتاج لاستخدام الأقفال لضمان أن هذه العمليات تحدث بشكل متسلسل وآمن.
إذا كنت ما زلت تتساءل لماذا نحتاج إلى الأقفال في Python عندما يوجد GIL، فالإجابة تكمن في أن الأقفال توفر آلية لتنظيم الوصول إلى الموارد المشتركة بشكل آمن وفعال، حتى في بيئة تنفيذ متعدد الخيوط. وعلى الرغم من أن GIL يساعد في تنظيم تنفيذ الكود، إلا أنه لا يحل محل الضرورة الأساسية لاستخدام الأقفال لضمان التنافسية الصحيحة والتعامل الآمن مع البيانات المشتركة بين الخيوط في بيئة Python.
