Python之父的加速祕籍：PyPy能讓代碼運行得更快

本文轉載自公衆號「讀芯術」(ID：AI_Discovery)。

當咱們說起Python時，經常指的是CPython，即C語言實現的Python，這就是PyPy發揮做用的地方啦。實話講，Python很慢，而用Python(!)編寫的Python在運行時，執行速度比CPython快4.4倍。這是如何實現的呢?

正如Python之父吉多·範羅蘇姆(Guido van Rossum)所說：「若是想讓代碼運行得更快，應該使用PyPy。」

第一批使用PyPy的程序員競爭力很強。有時候，就算花了不少時間用Python編寫解決方案，最後也會失敗，可是在PyPy中運行一樣的代碼就會成功。這是爲何?

不一樣的方法

Python是一種解釋性語言，CPython逐行讀取並執行源代碼。解釋性語言(包括JavaScript)有不少優勢：

• 易於編寫

• 元編程能力強大

• 編譯不會失敗

固然，它也有一些缺點：

• 在解析源代碼時，性能消耗巨大

• 編譯不會失敗

能夠看到，其優缺點都包括了「編譯不會失敗」。這有時候基於不一樣的行爲(好比原型設計或生產)，但我仍然傾向於將其視爲一個缺點。而PyPy稍有不一樣，它不是一個純粹的解釋器，而是實現了跟蹤即時(JIT)編譯。

即時編譯

即時編譯介於解釋和傳統提早編譯之間。即時編譯器並不執行源代碼自己，而是生成一組可當即執行的低層指令(一般是彙編)。

這個插圖能夠幫助咱們理解其中的區別。在編譯語言(C、C++、Rust)中，編譯階段嚴格按照開發環境劃分。它生成一個可運行的二進制文件，而後將其發送到生產環境中。

在解釋性語言中，狀況正好相反：源代碼(在*化以後，hello JS)被所有推到生產環境中，由解釋器執行。即時編譯語言也運送源代碼(或字節碼，如Java或C#)，但它是做爲一種常規編譯語言編譯和運行，而不是逐行解釋。

並非說一種方法比另外一種好，每一個用例都將根據其獨特的需求指定正確的選擇。可是，若是性能很是關鍵，使用Python解釋器感受很舒服，那麼你能夠選擇PyPy。

跟蹤即時編譯

與編譯或解釋同樣，實現即時編譯也有不一樣的方法。傳統的方法是方法/函數做用域。當代碼調用一個函數時，即時編譯器將得到它的源代碼，進行編譯並提供可執行的二進制文件。而PyPy採用的方法稍微不一樣，這是由Python的特性和用例決定的。

PyPy的編譯器不是按方法調用，而是計算循環。因爲Python在數據科學、機器學習、高級算法以及數據結構中使用普遍，這是最有意義的。簡而言之，PyPy是Python之上的一個優化層。

PyPy並不像所理解的那樣嚴格處理循環。除了常規的for和while結構外，若是PyPy檢測到編譯工做有價值，它會優化任意代碼塊。

缺點

圖源：unsplash

固然，PyPy也有缺點。即便它能大大提升性能，你也須要知道如下幾點：

• 不支持全部的Python。它支持大部分代碼，可是若是處理底層的CPython實現細節或者有Cython綁定，它就不起做用了。

• 回溯將來。PyPy當前版本是3.4，而Python目前穩定在3.8，可是回溯法是Python開發者擅長的技術。

• 優化是好事，但不是編寫糟糕代碼的藉口。若是代碼沒法被人讀懂， PyPy又怎能理解呢?

• 全局解釋器鎖還在。若是執行繁重的多線程操做，請選擇其餘實現方法。

與任何工具同樣，在採用以前，咱們應該考慮全部的細節。不過，下次登陸到Codeforces接受挑戰時，不妨試用一下PyPy。有可能O(n^3)錯誤代碼會經過，而在純Python中，只有O(n log n)會經過。

源代碼

雖然本文沒有涉及CPython和PyPy的源代碼，可是這些文件在CPython (C代碼)和PyPy (Python代碼)中實現了階乘函數。

• CPython：https://github.com/python/cpython/blob/master/Modules/mathmodule.c

• PyPy：https://github.com/mozillazg/pypy/blob/50d6bf76ef1f93c234ab42d4dd4a3b974f9665d6/pypy/module/math/app_math.py

其餘實現

除了CPython和PyPy，還有其餘值得注意的Python實現：

• StacklessPython。它和Python相同，但沒有全局解釋器鎖，《星戰前夜》遊戲後端用的就是它。

• IronPython是一種在 NET上實現的 Python 語言，它爲Python和c#代碼提供了很是簡單的交互操做。

• JPython同理，可是有Java。

去試試使用PyPy來體驗代碼加速度吧!

【責任編輯：趙寧寧 TEL：（010）68476606】