Как реализовать синхронизацию между потоками без блокировок в Python

Что проверяют

Понимаете ли вы, что в Python «без блокировок» на практике означает «без ручных Lock», а не настоящие lock-free алгоритмы, и знаете ли, что на самом деле даёт GIL. Типичное продолжение: безопасен ли counter += 1 из нескольких потоков?

Как отвечать

Каркас: убрать общее изменяемое состояние, а там, где обмен нужен, передавать данные сообщениями.

• queue.Queue: потокобезопасная очередь для схемы производитель и потребитель. Внутри у неё есть блокировки и условные переменные, просто управляете ими не вы. Для остановки потребителей шлют сигнальное значение, например None, по одному на каждый поток;
• threading.Event: флаг «можно продолжать», который один поток выставляет, а другие ждут через wait();
• concurrent.futures: каждая задача получает свои входные данные и возвращает результат через Future, собирать его можно в главном потоке. Общего состояния нет вовсе;
• threading.local() и contextvars: у каждого потока или задачи своя копия данных;
• неизменяемые структуры: кортежи и frozenset можно читать из любого числа потоков.

Отдельно про GIL. В CPython отдельные операции над встроенными типами, например list.append или deque.popleft, выполняются атомарно. Но counter += 1 это чтение, сложение и запись, между ними поток может смениться, и инкременты теряются. Примитива compare-and-swap в стандартной библиотеке нет, поэтому настоящий lock-free код на чистом Python не пишут.

Хорошо упомянуть сборку без GIL: в 3.13 она появилась как экспериментальная, в 3.14 стала официально поддерживаемой, но пока ставится отдельно. Код, который полагался на «атомарность благодаря GIL», там может сломаться.

Для ввода-вывода есть ещё asyncio: один поток, и между двумя await корутину никто не прервёт.

Где спотыкаются

Утверждают, что GIL делает любой код потокобезопасным. Он защищает внутренности интерпретатора, а не инварианты вашей программы.

Называют Queue lock-free. Честнее сказать, что блокировки спрятаны внутри библиотеки.

Запускают несколько потребителей и отправляют одно сигнальное значение. Один поток выходит, остальные висят на get() навсегда, и join() не возвращается.