作者 | 武穆
审校 | 云昭
就在不久前，Python核心开发者Pablo在邮件中宣布，由于一些重要的性能Bug和崩溃问题，预计在10月底发布的Python 3.11稳定版本可能要推迟到12月。
图片来源@邮件截图
Python是当今最流行的编程语言之一，StackOverflow 2022 开发者报告显示，对初学者而言，HTML/CSS、Javascript和Python几乎并列为最常用的语言，而在TIOBE发布的2022年6月编程语言排行上，Python语言则排名第一，因而Python语言新版本的发布，通常很受关注。自2008年12月3日Python3.0发布以来，Python官方计划每年发布一个新版本，每次增加两三种新语法。虽然实际情况并没有严格按照计划实现，但自3.8版本以后，Python的发版节奏基本有规律可循：在每个版本发布前，都有17个月的开发周期，在此期间要进行持续的开发测试；测试期间，首先会发布alpha版本，等到4月份再发布beta版本，直到10月左右，发布最终的正式版本。本来，计划今年发布的3.11版本也是按照这个节奏进行，但这次，3.11版本的发布会成为一个例外。值得一提的是，在邮件的最后，Pablo对能否在12月发布稳定版本也没有信心。
虽然Python简单易学，但其运行速度之慢历来被诟病（在每次的编程语言速度竞赛中，Python的名次通常都垫底），因而很多开发者期待这门语言的性能有所提升。也许正是这个原因，Python创始人Guido van Rossum重新出山后，在2021年Python语言峰会上作了一场《Making CPython Faster》的分享，他表示，自己已经投入了“香农计划”（“Shannon Plan”，得名于提出者Mark Shannon），期望花4年时间把Python提速5倍，即每年1.5倍，其中近期计划是在Python 3.11 版本中实现至少提速1倍。根据7月6日发布的Python 3.11.0b3来看，在Ubuntu Linux上使用GCC编译，且使用pyperformance基准套件测量时，CPython 3.11比CPython 3.10平均快25%。根据工作负载的不同，CPython 3.11的提速介于10% 到 60% 之间。
此外，由于Python3.11是一个较大版本更新，根据已有的测试结果看，其在更精确的错误提示、类型特性、用except*处理多个异常、Zero-cost异常、改进类型（包括改进类型、任意的字符串字面类型、数据类转换、标准库中的 TOML 只读支持等）也有改进，这些也是开发者比较期待的新功能。此前Python为何会给大家留下运行速度慢的印象呢？通常有三种解释。第一种解释为Python是动态性语言不是静态性语言。对C等静态语言来说，编译器在声明变量的时候就知道其类型了；而对Python来说，Python程序在执行的时候，编译器不知道变量的类型，只知道它是一个对象。这意味着，即使是a+b这样的简单二元运算，由于变量a和b本身都没有类型，而它们的值有类型，Python执行起来也很“麻烦”：在相“加”之前，必须先判断类型。第二种解释是Python是解释性语言而不是编译性语言。像C、C++、Rust这些语言是直接编译成机器码运行，是编译型语言；Python的运行过程是虚拟机读入Python代码（文本），词法分析，编译成虚拟机认识的opcode，然后虚拟机解释opcode执行，而最后这一步“虚拟机解释opcode执行”是比较费时间的。第三种解释认为，是全局解释器锁(GIL，Global Interpreter Lock)的原因。现代计算机处理器一般都会有多核，甚至有些服务器有多个处理器。所以操作系统抽象出 Thread，可以在一个进程中spawn出多个Thread，让这些Thread在多个核上面同时运行，发挥处理器的最大效率。而Python自带垃圾回收程序，且选择的实现垃圾回收机制是引用计数+分代回收，并以引用计数为主。在多线程情况下，大家一起运行，引用计数多个线程一起操作，为保证不发生线程不安全的事情，多个线程操作同一个对象需要加锁。这就是GIL，只不过这个锁的粒度太大了，整个Python解释器全局只有一个Thread可以运行。换句话说，无论电脑CPU有多少核，对Python来说，它只用一个核。这三种解释都有一定道理，理论上Python提速可以从以上三个方向进行突破。从最近Python团队公布的情况看，Python 3.11 的性能改进主要集中在更快的启动和更快的运行时，这些优化大部分来自于PEP 659（一种自适应解释器），它运作思路跟JIT有点相似，都是识别热点代码，但自适应解释器的工作范围无法脱离字节码。
从Pablo在邮件中公布的信息看，Python 3.11推迟发布主要是由于出现很多“影响发布”的bug。
虽然bug的细节还有待进一步发掘，但根据现有情况猜测，问题可能在以下的两方面。一是C扩展的问题。CPython与C的简单接口是主要优势，而与C扩展的不兼容性则是一大槽点。CPython团队在CPython 3.11中所做的优化工作在很大程度上忽略了扩展模块的问题，对此，团队领导者香农表示，团队正在开辟将低级函数API暴露给虚拟机的可能性，以尽可能地减少Python代码和C代码。二是前面反复提到的提速问题。Python创始人Guido van Rossum预期Python 3.11版本中实现至少提速1倍，而目前Python 3.11.0b3比Python 3.10平均只快了25%，跟理想目标还有不小的差距。另外，Meta开发人员Sam Gross在今年的Python语言峰会上，向与会者介绍了nogil的情况，这是一个专注于移除GIL的项目，据Python基金会介绍，Gross 将发明一种新型锁，如果顺利的话，这个新锁很可能在Python 3.12版本亮相。Sam Gross的提案虽然让很多开发者兴奋，但与Python团队的现在工作基于PEP 659进行优化的工作会产生冲突：毕竟CPython团队已实施的优化，很大一部分都基于GIL仍存在的前提。如果采用Sam Gross的提案，在Python 3.12去除GIL，那么Python
3.11就要做出不小的改动，也许，这也是导致Python 3.11延期的重要原因。总之，考虑到当前Python在编程语言界“如日中天”的地位，Python 3.11又志在克服其最大的缺点，Python的未来还是很值得期待的。https://mail.python.org/archives/list/python-dev@python.org/thread/3JWVCSBPBFWY5ZWSJ7RYB6FS5NIMCEOY/https://docs.python.org/zh-cn/3.11/whatsnew/3.11.html#faster-cpython
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