Python之父：明年讓Python快2倍

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博雯 發(fā)自 凹非寺
量子位 報道 | 公眾號 QbitAI

5月中旬剛剛結(jié)束的Pycon US 2021上，Python之父Guido van Rossum提出要在未來四年內(nèi)將CPython速度提升5倍。

而這一“Shannon計劃”的參與者除了Guido本人之外，還有任職微軟的CPython核心開發(fā)人員Eric Snow，以及Semmle的研究工程師Mark Shannon。

但在此之前，Guido可并不認為提升CPython的速度有多關(guān)鍵，因為“有其他方法可以獲得更好的性能”，比如JIT編譯的PyPy，或使用C語言編寫擴展。

為什么要加速？

Python真的慢嗎？

不見得，開發(fā)效率和執(zhí)行速度本就難以兼得。

而且發(fā)展到今天，Python已經(jīng)是一個膠水語言的定位，主要用來快速構(gòu)建系統(tǒng)的邏輯控制流，再把對性能要求高的部分丟給C/C++來實現(xiàn)。

不過如果只看標準版的語言實現(xiàn)本身的話……它的性能確實不怎么樣。

動態(tài)語言的特性決定了Python會在C語言代碼運行（runtime）上花費大量的時間，且難以使用JIT（Just-In-Time）進行優(yōu)化。

在接受英國技術(shù)新聞網(wǎng)站The Register的采訪時，對于“為什么開始關(guān)注CPython性能？”的問題，Shannon表示：

過去幾年里，Python在機器學習領(lǐng)域的使用率大大提升，可用資源也越來越多。這意味著我們可以不用擔心破壞其可靠性，而是專注在性能上。

并且，Shannon之前參與的HotPy項目中所開發(fā)的解釋器，比目前CPython解釋器的純Python代碼快三倍。這證明了對CPython優(yōu)化的可行性。

而在去年10月份的時候，耐不住退休寂寞的Guido又加入了微軟：

再加上疫情的家里蹲buff，擁有了更多時間的大佬們一拍即合，決定Make Python Great Again。

加速之前的挑戰(zhàn)

Shannon坦言，向下兼容是加速Python的最大挑戰(zhàn)。

其實不僅是對Python，90年代末libc的那次不兼容更新，直接導致所有應(yīng)用程序都要重編……

而現(xiàn)在已經(jīng)涼涼的Pyston，官方文章里提到的Dropbox放棄Pyston項目的幾大因素中，第一個也是：

這就是所有既試圖兼容CPython，又想大幅提升性能的Python都會遇到的嚴峻問題。

因為Python的執(zhí)行類似于HTML渲染：更多是對運行時應(yīng)如何執(zhí)行C庫的描述，而非單步執(zhí)行命令。

所以，Python性能提升的源頭來自于這些C擴展模塊。而CPython又有著超過400k的loc，這意味著要從底層去做優(yōu)化是一項非常龐大的工程。

特別是對于過于動態(tài)的Python語言來說，語言的語義對優(yōu)化的影響就更大了。

而現(xiàn)在加速的過程中，像是CPython的工具、調(diào)試器、配置文件，NumPy包，以及Cython這樣的編譯器，又會有多少涉及到CPython內(nèi)部和底層的行為？

因此Shannon表示：

要改變是困難的……與CPython用戶間的隱形協(xié)議并沒有很好地定義什么能改，什么不能改。

可能是五年前從Python2.x遷移到3的痛苦經(jīng)歷實在是有些刻骨銘心，Guido專門發(fā)推表示這次的遷移會更加平和。

而他也在Python峰會中承諾：不破壞stable ABI兼容性；不破壞limited API兼容性；不破壞或減緩extreme cases。

“總之，代碼的可維護性才是第一要務(wù)。”

Python的5倍速之路

按照已在GitHub上發(fā)布的faster-cpython，Shannon計劃具體分為四個階段：

Python 3.10

預計在今年10月發(fā)布，主要添加一個自適應(yīng)、專業(yè)化的解釋器（interpreter）。

解釋器將不再遇運行時生成代碼，而是利用程序中的類型穩(wěn)定性，在執(zhí)行過程中適應(yīng)類型和數(shù)值。

Python 3.11

Guido提出要在3.11版本實現(xiàn)至少2倍的提速，為此，他已經(jīng)和幾位Python開發(fā)人員提出了一份增強功能的提案PEP 659。

這一提案中表示要增加適應(yīng)性的字節(jié)碼解釋器，并且實施更有效的異常處理。

除此之外，還提出了優(yōu)化幀堆棧、改變函數(shù)調(diào)用的方式、增加優(yōu)化以加快啟動時間，以及修改 .pyc 字節(jié)碼緩存文件格式等工作。

Python 3.12

這一階段使用針對小區(qū)域的JIT解釋器，在運行代碼時簡單、快速地對小區(qū)域的專門代碼進行編譯。

Python 3.13

同樣在代碼運行時對擴展區(qū)域進行編譯，增強編譯器，以完成5倍的超級加速。

Guido表示此次圍繞性能展開的 Python 變更，將主要服務(wù)于運行CPU密集型純Python代碼的開發(fā)者，以及內(nèi)置Python網(wǎng)站的用戶。

而在C語言代碼（如 NumPy和TensorFlow）、I/O 綁定代碼、多線程代碼以及算法代碼上，提升效果將會比較有限。

微軟回饋Python

其實，微軟長期以來一直以多種方式為Python項目提供助力，包括在Azure云AI服務(wù)教程里發(fā)布免費的Python課程，以及通過VS Code Python擴展在Win10及以上版本支持Python。

自 2006 年起，微軟還成為了Python軟件基金會（PSF）的贊助商，并在今年出資15 萬美元進行資助。

目前已有五位Python開發(fā)者社區(qū)的核心人員在微軟任職，包括去年年底加入的Python之父，和這次Shannon計劃里的三人之一Eric Snow。

Guido也在這次峰會里特地cue了一下微軟，提出微軟資助了一支小型Python團隊“負責語言解釋層面的性能改進工作”，以使他能攜手微軟同事持續(xù)對Python進行開發(fā)。

當然，對于3.11版本的短期目標，Guido還是在ppt中給自己兜了個底。

△“樂觀一點，好奇一點總沒錯”

而對于那個四年五倍速的最終目標，Guido則表示“我們必須保持旺盛的創(chuàng)造力。”

參考鏈接：
[1]https://www.theregister.com/2021/05/19/faster_python_mark_shannon_author/
[2]https://pyfound.blogspot.com/2021/05/the-2021-python-language-summit-pep-654.html
[3]https://www.python.org/dev/peps/pep-0654/

Python version 3.11.0 alpha 0：
https://github.com/faster-cpython/ideas
“A faster CPython”計劃簡介：
https://github.com/markshannon/faster-cpython

— 完 —

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