Python311新特性-特化指令specializing adaptive interpreter-typing-async

君不问高堂明镜

Python3新特性

python3.11增加了许多特性，让python更快更加安全，本文从应用层面来讲一下python3.11的这些新特性
特化自适应解析器是什么，如何利用特化写出更高性能的代码
如何在项目中落地type hint写出健壮的代码，有那些注意事项
asyncio的概念及应用场景
Faster Python 3.11

Faster

• Zero cost exception(if not thrown)
  
• 10% faster re & atomic grouping, possessive qualifiers
  
• 10-15% faster startup
  
• Faster function calls
  
• C-style formatting sometimes as fast as f-string
  
• Less memory for string keys in dicts
  
• Specialized adaptive interpreter
  
• And more!
  

Future

• Major focus for the next several releases
  
• Simple JIT planned eventually
  
• The main driver behind C API changes
  

Specializing(特化)

当一个函数被执行的次数足够多(>53)就会被特化，被特化的指令叫hot code。(次数需要看对应不同版本cpython源码)
源码：Python/specialize.c   -> _PyCode_Warmup
特化流程：
​        原始指令 —— 中间状态(名称中含ADAPTIVE) —— 特化后的指令(非常快)

图片来源：Python3-源码剖析(二)-指令特化 | Yuerer's Blog

碰到问题

同样的代码在命令行中可以被特化，而放一个.py文件中，再通过dis.dis(module.func,adaptive=True)就无法被特化
示例函数代码如下：

1. >>> def f(x):
2. ...     return x*x
3. ... for i in range(100):
4. ...     f(i)

复制代码

解释：乘法的opcode为BINARY_OP，在这个例子中我们传的是int当被特化后会变成BINARY_OP_MULTIPLY_INT，因为python弱类型，确定的类型可以极大提高速度，建议去看cpython的实现源码加深理解。

把上面代码放在.py文件中，发现无法进行特化

1. >>> dis.dis(adaptiveTest.f,adaptive=True)
2. 10           RESUME                   0
4. 11           LOAD_FAST                0 (x)
5.               LOAD_CONST               1 (2)
6.               BINARY_OP                5 (*)
7.               RETURN_VALUE

复制代码

最终找到原因：我在vscode自带的终端import之后，在运行时修改了py代码，没有重新reload，导致没有加载最新的代码(py3的reload和py2有区别)。
另一个方法就是：重新打开windows的cmd中并执行一遍

还有一种方法就是：稍稍调整一下代码，把dis加到.py中，然后运行python文件也可以看到函数被特化

1. import dis
2. def foo(x):
3.         return x*x
5. for i in range(100):
6.         foo(i)
8. dis.dis(foo,adaptive=True)
9. #在python中调用dis打印出字节码

复制代码

LOAD_ATTR(getattr)特化

self.xx 本质就是getattr，对应的opcode为 LOAD_ATTR，在python3中默认可以被特化，例如：

• 继承object的原生Python类可以特化
  
• 继承后object重写 __getattr__ 的Python 类无法特化
  
• C 扩展 Python 类无法特化
  

为什么后面2种不能完成特化？

1. class B(object):
2.         def __getattr__(self, name):#重写__getattr__
3.                 return super(B, self).__getattr__(name)
5. b = B()
6. b.x = 1
7. def mytest(n):
8.         for i in range(n):
9.                 b.x #无法被特化

复制代码

因为：cpython中特化前判断是否为原始的getattr函数，见：Python\specialize.c

如何让C扩展python类可以特化？
重点讲解：2种实现方法

• 在c扩展类中增加cache保存下标
  
• 修改虚拟机的实现，传入下标
  

如何检查代码是否被特化？

可视化特化工具，github：https://github.com/brandtbucher/specialist
运行代码并生成(网页)报表，那么如何纳入到项目中进行可视化呢？因为游戏项目依赖于引擎API，需要跑在游戏引擎之上，不同于纯python环境
Typing check(type hint)

base vscode Pylance
Type Ignore

pyrightconfig.json 兼容py2的文件，忽略整个文件
overload

配合vscode的pylance特性来做代码检查
当函数传参个数不符合要求时，在IDE中进行报错提示
Stub Files

和py同名的文件格式为.pyi，语法也一样，在这里写type hint，提供给IDE使用，运行时无关
AsyncIO

What is it?
Keywords pair(async / await)
So what?
What is it?

Asyncio is used as a foundation for multiple Python asynchronous frameworks that
provide high-performance network and web-servers, database connection libraries,
distributed task queues, etc.
Asyncio is often a perfect fit for IO-bound and high-level structured network code.
简单的例子发挥不出作用

1. import asyncio
2. async def foo():
3.         await asyncio.sleep(1)
4.         print ('foo')
5. event_loop = asyncio.get_event_loop()
6. event_loop.run_until_complete(foo())

复制代码

上面这个简单的asyncio的例子和下面这段代码作用一样，无法体现出asyncio的作用

1. def foo():
2.         time.sleep(1)
3.         print('foo')
4. foo()

复制代码

适合用在那些地方？

Patch

• Simultaneously download multiple block of patch
  

Distributed Task Framework

• Multi-Process Management through ProcessPoolExecutor
  
• Export-table-tools
  
• Texture Compressor
  
• build packer
  

感兴趣的可以搜索ProcessPoolExecutor去了解
UVLoop

uvloop用来替换asyncio的event loop更高效，底层使用libuv通过cython实现，比原生的asyncio快2~4倍，有线上项目已验证过其稳定性
开源地址：https://github.com/MagicStack/uvloop
简单几行就可以替换asyncio的event loop

1. import asyncio
2. import sys
4. import uvloop
6. async def main():
7.     # Main entry-point.
8.     ...
10. if sys.version_info >= (3, 11):
11.     with asyncio.Runner(loop_factory=uvloop.new_event_loop) as runner:
12.         runner.run(main())
13. else:
14.     uvloop.install()
15.     asyncio.run(main())

复制代码

来源:https://www.cnblogs.com/zhaoqingqing/p/18523002
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