Python 3.12 目標(biāo)：還可以更快！

按照發(fā)布計(jì)劃，Python 3.11.0 將于 2022 年 10 月 24 日發(fā)布。

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據(jù)測(cè)試，3.11 相比于 3.10，將會(huì)有 10-60% 的性能提升，這個(gè)成果主要?dú)w功于“Faster CPython”項(xiàng)目，即“香農(nóng)計(jì)劃”。

關(guān)于“香農(nóng)計(jì)劃”的詳情，可查看 Python 之父的主題分享，以及他的一則播客訪談。

3.11 版本為 Python 的提速開(kāi)了一個(gè)激動(dòng)人心的好頭。接下來(lái)，3.12 還會(huì)有更多動(dòng)作。

以下文章翻譯自“香農(nóng)計(jì)劃”的《Python 3.12 Goals》，大家先一睹為快吧！

作者：Mark Shannon

譯者：豌豆花下貓@Python貓

英文：https://github.com/faster-cpython/ideas/wiki/Python-3.12-Goals

本文內(nèi)容可能會(huì)改動(dòng)，以實(shí)際版本為準(zhǔn)！

本文是 Faster CPython 計(jì)劃在 3.12 中實(shí)現(xiàn)的主要內(nèi)容的概要。

跟蹤優(yōu)化器

Python 3.11 提升速度的主要方法是用更快的與上下文相關(guān)的操作碼（自適應(yīng)的專門化操作碼）替換個(gè)別的操作碼，下一個(gè)大的改進(jìn)方法是優(yōu)化多個(gè)操作碼的運(yùn)行。

為此，現(xiàn)有的許多高級(jí)操作碼將被替換成低級(jí)操作碼，例如，用于檢查版本號(hào)和引用計(jì)數(shù)的操作碼。這些更簡(jiǎn)單的操作碼更容易進(jìn)行優(yōu)化，例如，可以刪除冗余的引用計(jì)數(shù)操作。

這些更底層的操作碼還能讓我們得到一組適合用于生成機(jī)器代碼的指令（在 CPython 和第三方 JIT 項(xiàng)目中都適用）。

為了做到這點(diǎn)，解釋器循環(huán)（interpreter loop）將基于聲明性的描述而生成。

這可減少一部分為了保持解釋器循環(huán)與某些相關(guān)函數(shù)同步而產(chǎn)生的 bug（mark_stacks、stack_effect 等函數(shù)），同時(shí)也讓我們可以對(duì)解釋器循環(huán)作較大的更改試驗(yàn)。

多線程并行

Python 當(dāng)前每個(gè)進(jìn)程有一個(gè)全局解釋器鎖（GIL），阻礙了多線程的并行。

PEP-684：https://peps.python.org/pep-0684

PEP-554：https://peps.python.org/pep-0554

PEP-684 提出了一個(gè)方案，即保證所有的全局狀態(tài)都是線程安全的，并移動(dòng)到每個(gè)子解釋器的全局解釋器鎖中使用。

PEP-554 提出了讓 Python 創(chuàng)建子解釋器的方案（目前只是一個(gè) C API 特性），從而實(shí)現(xiàn)真正的多線程并行。

Python貓注：PEP-554 早在 2017 年就提出了，目標(biāo)是落地在 Python 3.8-3.9 版本，然而事與愿違。早在 2019 年的時(shí)候，我還翻譯了一篇《Has the Python GIL been slain?》。屠刀已揮出，讓它再飛一會(huì)~~

更多專門化

我們分析了哪些字節(jié)碼將從專門化中獲益最多，計(jì)劃在 3.12 完成其余的高收益的改進(jìn)。

https://github.com/faster-cpython/ideas/issues/74

較小的對(duì)象結(jié)構(gòu)

有許多可以減少 Python 對(duì)象結(jié)構(gòu)大小的機(jī)會(huì)。由于它們被頻繁使用，這不僅有利于總體的內(nèi)存使用，還有利于緩存的一致性。我們計(jì)劃在 3.12 中實(shí)現(xiàn)最有希望的一些想法。

這里有一些向后兼容性與性能之間的權(quán)衡問(wèn)題，可能需要提出一個(gè) PEP 來(lái)建立共識(shí)。

減少內(nèi)存管理的開(kāi)銷

我們不僅會(huì)減小對(duì)象的大小，還會(huì)使它們的 layout 更加規(guī)則。

這不僅能優(yōu)化內(nèi)存的分配及釋放，還能在 GC 和重新分配期間加快遍歷對(duì)象的速度。

API 穩(wěn)定性

除了前述項(xiàng)目外，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)還將提升 CPython 代碼庫(kù)的整體質(zhì)量：

• 通過(guò)減少不同編譯階段的耦合，使編譯器更易于維護(hù)與測(cè)試。
• 積極地在 C 語(yǔ)言級(jí)別監(jiān)控和改進(jìn) CPython 測(cè)試套的代碼覆蓋率。
• 改進(jìn) Python 性能基準(zhǔn)測(cè)試套，加入更具代表性的現(xiàn)實(shí)世界的負(fù)載測(cè)試。
• 協(xié)助處理 CPython 問(wèn)題和 PR，特別是與性能有關(guān)的問(wèn)題。
• 增加用于標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)測(cè)試的機(jī)器，增加 macOS 和 Windows 的測(cè)試結(jié)果。
• 繼續(xù)跟主要的深度使用 Python 內(nèi)核的項(xiàng)目合作，幫助它們適配 CPython 解釋器的更改。

注：文中圖片為譯者所加。

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