Por que aplicações CPU-bound podem ter a performance prejudicada no Python

Uma aplicação é considerada CPU-bound quando seu tempo de resposta depende majoritariamente de operações que utilizam muito poder de processamento da CPU. Esse tipo de aplicação frequentemente pode ser otimizado por meio de concorrência e paralelismo. Basta quebrar os processos em tarefas menores que podem ser executadas em threads diferentes. No entanto, isso não é possível no Python.

Na implementação padrão de Python, existe um mutex que só permite que uma thread esteja em execução por vez, o GIL. O GIL (Global Interpreter Lock) foi criado como uma solução para evitar problemas de concorrência entre as threads, devido à forma como o Python gerencia a memória.

O impacto do GIL em aplicações I/O-bound não costuma ser tão grande, visto que as threads em execução podem ser alternadas nos momentos de espera por uma ação de entrada. Já no caso das aplicações CPU-bound, o overhead para utilizar várias threads deixa aplicação menos performática do que se só usasse uma thread.

Deve-se, então, ter atenção para o uso do Python em aplicações CPU-bound. Para contornar a questão do impacto do GIL nessas aplicações, pode-se optar pelo uso de outras implementações que não sejam a padrão, ou pelo uso de multiprocessing.