Pyston-基于LLVM和JIT的开源Python实现

[黄一孟]

来源:InfoQ 作者:臧秀涛

本月初，Kevin Modzelewski在Dropbox技术博客上撰文宣布了他们正在开发的一款开源Python实现——Pyston。该项目的目标是开发出一款高性能的Python实现，使Python跻身如C++等传统系统级语言所统治的领域。

Dropbox内部有很多项目是用Python编写的。Python之父Guido van Rossum从Google离职后也加入了这家公司。随着业务规模的增长，性能问题也愈加突出。虽然通过其他语言改写应用可以获得性能改进，但出于对Python的钟爱，Dropbox的工程师们希望改变Python的性能。在使用静态编译做了一些实验之后，他们放弃了这种策略。鉴于Google的v8对JavaScript性能的极大改进，他们决定采用类似的技术来改进Python的性能。

现在已经有了一些采用了JIT技术的Python实现，比如PyPy，它使用的是基于Trace的JIT技术，大幅改进了Python的性能，再如Jython和IronPython，它们则构建于大量应用JIT技术的成熟虚拟机之上。那为什么还要引入一种新实现呢？文中给出的解释是：

简单地说，这是因为我们认为前景最好的技术与现有实现不兼容。例如，由于巨大的性能优势，JavaScript世界已经从基于Trace的JIT转向基于方法的JIT（每次编译一个方法）。在Python上是否有同样的优势尚不得而知，但因为这两种方法从根本上是不兼容的，所以要回答这个问题，唯一的方法是构建一个新的基于方法的JIT。

还有一点，他们计划使用保守的垃圾收集器，以便高效支持扩展模块。

当然，从零开始创建一个语言实现工作量非常大。不过Pyston准备基于LLVM构建，这会方便很多。

文中还介绍了Pyston的工作方式：

从高层看，Pyston接受解析好的Python代码，并将其转换为LLVM中间代码（IR）。然后IR经由LLVM优化器处理，再被传送给LLVM JIT引擎，最后得到可执行的机器代码。

Pyston的代码已经在Github上开放出来，Dropbox希望和Python及JIT社区合作推进其开发。项目页面上还介绍了Pyston的一些技术特色，比如编译层次、栈上替换和内联等，感兴趣的读者可以参考。

在Pyston之前，Google的几位工程师曾发起过Unladen Swallow项目，目标是将Python的性能提高5倍，主要想法是为 CPython 添加一个基于 LLVM 的 JIT 编译器，但是该项目以失败告终。关于该项目的经验与教训，有两篇文章可以参考：1.Unladen Swallow 的失败与教训，以及关于 Pypy；2.Unladen Swallow Retrospective。

关于Pyston，在Hacker News上也有一些讨论。比如haberman指出，基于方法的JIT编译器其实是更为传统的方式，而基于Trace的最近5~10年才流行起来的。尽管V8确实采用的是基于方法的JIT，Mozilla也放弃了基于Trace的JIT TraceMonkey，但是LuaJIT却是最快的动态语言实现之一，而且采用的就是基于Trace的JIT。LuaJIT的作者Mike Pall认为TraceMonkey没有取得很好的性能，更大程度上是因为尝试将Trace绑到现有的虚拟机上，而不是因为基于Trace的JIT技术的缺点。

Facebook也为优化其PHP应用的性能做了很多工作，现在的解决方案是基于JIT的HHVM，这种方案可以说是成功的。那Pyston的前景如何呢？我们拭目以待。

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Python的软件运行速度慢占用资源多的感觉