5月中旬剛剛結束的Pycon US 2021上，Python之父Guido van Rossum提出要在未來四年內將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，開發效率和執行速度本就難以兼得。

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

不過如果只看標準版的語言實現本身的話……它的性能確實不怎么樣。

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動態語言的特性決定了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）進行優化。

在接受英國技術新聞網站The Register的采訪時，對于“為什么開始關注CPython性能？”的問題，Shannon表示：

    過去幾年里，Python在機器學習領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

Shannon坦言，向下兼容是加速Python的最大挑戰。

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

而現在已經涼涼的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的執行類似于HTML渲染：更多是對運行時應如何執行C庫的描述，而非單步執行命令。

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化是一項非常龐大的工程。

特別是對于過于動態的Python語言來說，語言的語義對優化的影響就更大了。

而現在加速的過程中，像是CPython的工具、調試器、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的痛苦經歷實在是有些刻骨銘心，Guido專門發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。”

Python的5倍速之路

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

Python 3.10

預計在今年10月發布，主要添加一個自適應、專業化的解釋器（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定性，在執行過程中適應類型和數值。

Python 3.11

Guido提出要在3.11版本實現至少2倍的提速，為此，他已經和幾位Python開發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性的字節碼解釋器，并且實施更有效的異常處理。

除此之外，還提出了優化幀堆棧、改變函數調用的方式、增加優化以加快啟動時間，以及修改 .pyc 字節碼緩存文件格式等工作。

Python 3.12

這一階段使用針對小區域的JIT解釋器，在運行代碼時簡單、快速地對小區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，將主要服務于運行CPU密集型純Python代碼的開發者，以及內置Python網站的用戶。

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服務教程里發布免費的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開發者社區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對Python進行開發。

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造力。” 

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