在編程社區(qū)中，眾所周知Python編程語言在速度方面并不占優(yōu)勢。

"但是就是慢..."

在這篇文章中，我將介紹Python的不同特性，我們將了解為什么這使其成為當(dāng)今最完整的語言之一，但速度不夠快。但首先，讓我們掌握一些關(guān)于編程語言的基本知識。

抽象級別

正如我們可能知道的那樣，編程語言通常根據(jù)其抽象級別進行描述。

• 低抽象級別表明該語言更接近硬件（難以解釋）
• 高級別表示代碼更接近用戶（易于解釋）。

抽象級別（從硬件到現(xiàn)代編程語言）

C++、PHP、Java、Python等都被認為是現(xiàn)代（或高級）編程語言，因為它們可以在幾乎任何類型的系統(tǒng)上運行。在匯編語言中，我們必須根據(jù)每個特定處理器的指令編寫不同的程序（無法在不同的CPU上運行相同的代碼）。例如，如果我們創(chuàng)建一個打印“Hello world”的程序并將代碼發(fā)送給我們的朋友（他有不同的計算機型號），當(dāng)他嘗試執(zhí)行它時，它可能會失敗。

現(xiàn)代語言：金字塔的最后抽象層

現(xiàn)代語言抽象

盡管是離機器碼最高的抽象，但在金字塔的最后一層也有層次結(jié)構(gòu)。一方面，我們可以找到過程化語言，如C，我們需要逐步知道自己在做什么。這具有非常高效的優(yōu)點，但缺點是復(fù)雜且不夠靈活。另一方面，其他語言通過讓我們使用更易讀和靈活的代碼來簡化任務(wù)。這就是Python的情況。我們幾乎可以用它做任何事情，而且易于實現(xiàn)，但在某些任務(wù)上效率不高。

但為什么Python確切地說是“慢”呢？

讓我們回顧一些語言特性以回答這個問題。

解釋性語言

首先，Python是一種解釋性語言，這意味著代碼由軟件程序（稱為解釋器）逐行讀取和執(zhí)行，在運行時進行。這是將代碼轉(zhuǎn)換為機器代碼的一種方式。

編譯型語言

另一種使代碼“為機器可理解”的方式是通過編譯過程。在這種情況下，源代碼在實際在計算機上運行之前通過編譯器轉(zhuǎn)換為機器代碼。

編譯型與解釋型語言

為什么解釋性方式更慢？

在解釋性語言中，源代碼的每一行在執(zhí)行過程中都會即時轉(zhuǎn)換為機器代碼。這意味著每次程序運行時，解釋器必須解析、分析和執(zhí)行代碼，這增加了與直接運行預(yù)編譯機器代碼相比的開銷。例如：如果某段代碼運行多次（例如，在循環(huán)內(nèi)），解釋器必須每次遇到時讀取和轉(zhuǎn)換它。相反，編譯程序?qū)⒅苯舆\行機器代碼，無需在通過循環(huán)時重新翻譯它。

CPython及其全局解釋器鎖（GIL）

標(biāo)準的Python解釋器是CPython。它由C和Python編寫，將Python代碼編譯成字節(jié)碼，然后進行解釋。為了防止多個本機線程同時執(zhí)行Python字節(jié)碼，CPython使用全局解釋器鎖。這個鎖是必要的，因為CPython的內(nèi)存管理不是線程安全的。然而，在多線程程序中，它可能是一個顯著的瓶頸，限制了在多核處理器上進行多線程的性能提升。

全局解釋器鎖的工作流程

動態(tài)類型

此外，Python是動態(tài)類型的，這意味著在初始化變量時不需要聲明變量的類型。這對效率有何影響呢？嗯，在動態(tài)類型語言中，類型是在運行時確定的。這意味著解釋器需要在執(zhí)行代碼片段時進行類型檢查。這需要額外的處理來確定每個變量的類型以及根據(jù)這些類型執(zhí)行操作的方式。而動態(tài)類型語言的對立面是什么？

靜態(tài)類型語言

在這種情況下，變量的類型在編譯時而不是在運行時確定。因此，類型在編譯時已知，編譯器可以更激進地優(yōu)化代碼執(zhí)行。這導(dǎo)致更快但不夠靈活的程序。一些采用這種方法的語言包括C++和Rust。

靜態(tài)類型與動態(tài)類型語言

垃圾收集

垃圾收集是一種編程語言運行時系統(tǒng)用于回收程序不再使用的內(nèi)存的自動內(nèi)存管理形式。Python通過垃圾收集自動管理其對象的內(nèi)存分配和釋放。它使用的主要垃圾收集方法是引用計數(shù)。Python中的每個對象都有一個引用計數(shù)，即指向它的引用數(shù)量。當(dāng)引用計數(shù)降至零，即不再有指向該對象的引用時，它會立即從內(nèi)存中刪除。

垃圾收集器的工作流程

然而，垃圾收集是一把雙刃劍...

它通過自動清理未使用的對象極大簡化了內(nèi)存管理，有助于防止由于手動內(nèi)存管理導(dǎo)致的內(nèi)存泄漏和其他錯誤。但它引入了開銷和不可預(yù)測性，可能影響應(yīng)用程序的性能。