【51CTO.com快譯】通常，人們會使用兩種速度來衡量某種編程語言的優(yōu)劣，即：開發(fā)速度和執(zhí)行速度。對于Python而言，大家往往受益的是它能夠快速地編寫代碼，而忽略了它是否能夠快速地運行，并及時完成既定的任務。因此，在出現(xiàn)程序運行緩慢時，我們有必要從代碼層面上，找出拖慢的位置和原因，并對其進行處理。

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好消息是，Python提供了許多不同用途的軟件庫，可方便我們對應用代碼進行分析，并找出導致緩慢運行的部分。它們中，有的是只帶有標準庫的單行工具，有的是可以從運行程序中收集到統(tǒng)計信息的復雜框架。下面，我將向您介紹其中五個可以在PyPI或Python標準庫中輕松獲得，且能夠跨平臺運行的軟件庫。

1.Time和Timeit

有時候，您可能只想分析兩個代碼段從前一個結(jié)束到下一個開始運行，是需要幾秒鐘還是幾分鐘。對于這樣的需求，您可能只需要一個秒表就足夠了。

Python標準庫帶有兩個可用作秒表的功能函數(shù)。其中，Time模塊具有perf_counter功能。它可以調(diào)用操作系統(tǒng)的高精度定時器，以按需獲得時間戳。其基本原理是：我們可以在目標操作開始前，調(diào)用一次time.perf_counter，然后在操作完成時，再調(diào)用一次，以獲得兩次的時間差。顯然，這是一種非常簡便易行的時間獲取方式。

而Timeit模塊則是會對Python代碼進行實質(zhì)性的審查。它的timeit.timeit功能函數(shù)會截取一個代碼段，通過運行多次(默認為1百萬次)，以獲得執(zhí)行該操作所需的平均時間。我們經(jīng)?？梢杂盟鼇泶_定在某個緊密的循環(huán)中，單一操作或函數(shù)的調(diào)用時長。例如，如果您想判定一個列表解析式(list comprehension)與一個常規(guī)列表結(jié)構，哪個在執(zhí)行多次操作時會更快一些(列表解析式通常更快)。

當然，Time的不足之處在于它只是一個秒表，而Timeit的不足之處在于：其主要用例是各個行或代碼塊上的各個細微標準差(microbenchmarks)。也就是說，僅當這些代碼被單獨處理時，這種比較才會有意義。因此，這兩種方法都不足以對整個程序進行分析。一旦出現(xiàn)數(shù)千行的代碼，這兩種方法都會耗費您大量的時間。

2.cProfile

Python標準庫還帶有一個整體程序分析器--cProfile。在程序運行時，cProfile會通過跟蹤代碼中的每個函數(shù)的調(diào)用，以生成一個包含了最常調(diào)用函數(shù)、以及平均調(diào)用時間的列表。

cProfile具有三大優(yōu)勢：

• 由于它被包含在標準庫中，因此現(xiàn)有的Python安裝包已經(jīng)包含了cProfile。
• 它可以分析有關調(diào)用行為的許多不同統(tǒng)計信息。例如：它能夠?qū)⒑瘮?shù)調(diào)用自己的指令所花費的時間，與該函數(shù)所有的其他調(diào)用耗時區(qū)分開來。據(jù)此，您可以判定出到底是該函數(shù)本身運行緩慢，還是在其他調(diào)用時出現(xiàn)的緩慢。
• 可以實現(xiàn)限定條件的自定義。也就是說，您既可以對整個程序的運行進行采樣，又可以僅在指定的函數(shù)運行時啟用概要分析(toggle profiling)。通過縮小范圍和去除分析時產(chǎn)生的“噪聲”，您可以更好地關注該函數(shù)的功能與調(diào)用。

cProfile的不足之處有：

• 默認情況下，它會設置多個采集點，生成大量的統(tǒng)計信息。
• 根據(jù)其執(zhí)行模型，它在捕獲每個函數(shù)調(diào)用時，都會產(chǎn)生大量的流量。因此cProfile不適合通過實時數(shù)據(jù)的方式，對生產(chǎn)環(huán)境中的應用程序進行性能分析。也就是說，它更適合于針對開發(fā)過程中的性能分析。

有關cProfile的更多詳細信息。

3.Pyinstrument

與cProfile的工作方式類似，Pyinstrument能夠通過跟蹤目標程序，以報告的形式，反映出那些占用了大部分運行時間的代碼。不過，與cProfile相比，Pyinstrument的優(yōu)點主要體現(xiàn)在如下兩個方面：

• Pyinstrument不會去勾連(hook)函數(shù)調(diào)用的每個實例，而是會以毫秒為間隔，對程序的調(diào)用棧進行采樣，因此它能夠靈敏地檢測出程序中最耗費運行時的部分。
• Pyinstrument的報告要簡潔得多。它能夠通過突出顯示程序中占用時間最多的函數(shù)，以便您能盡快地發(fā)現(xiàn)問題，并專注分析原因。

Pyinstrument同樣具有cProfile的各種優(yōu)點。您可以將它用作應用程序中的對象，來記錄所選功能，而不是整個程序的行為。Pyinstrument提供包括HTML格式在內(nèi)的多種輸出形式。當然，您也可以按需查看各個調(diào)用的完整時間線。

此外，如下兩個方面值得您的注意：

• 某些通過C編譯的擴展程序(例如使用Cython創(chuàng)建的程序)，會在通過命令行進行Pyinstrument調(diào)用時，可能無法正常工作。不過，如果您在程序本身使用了Pyinstrument，例如：通過使用Pyinstrument分析器的調(diào)用包裝了main()函數(shù)，那么它們還是能夠正常工作的。
• Pyinstrument不能很好地處理在多個線程中運行的代碼。此時，您可能需要考慮使用下面將要介紹到的Py-spy。

4.Py-spy

與Pyinstrument一樣，Py-spy在工作原理上，也是定期采集程序調(diào)用棧的狀態(tài)，而不是記錄每一個調(diào)用。不過，與PyInstrument不同，Py-spy帶有用Rust編寫的核心組件(而Pyinstrument使用的是C擴展程序)，運行的是帶有分析程序的外進程(out-of-process)，因此它可以安全地與生產(chǎn)環(huán)境中的代碼協(xié)同使用。

Py-spy能夠輕松地完成許多其他分析工具無法實現(xiàn)的任務，其中包括：分析多線程或帶有子處理(subprocessed)機制的Python程序等。此外，Py-spy也可以分析那些使用符號進行過編譯的C擴展程序。而對于使用了Cython編譯的擴展程序，Py-spy需要使用對應生成的C文件，以便收集正確的跟蹤信息。

我們可以使用如下兩種基本方法，來利用Py-spy檢查應用程序：

• 使用Py-spy的record命令，并在運行結(jié)束后會生成火焰圖(flame graph)。
• 使用Py-spy的top命令，通過實時更新，交互式地顯示Python應用程序的內(nèi)部，并以與Unix的top工具相同的方式顯示信息。而且那些單線程棧也可以通過命令行被顯示出來。

不過，Py-spy的最大缺點之一是：它主要適用于從外部分析整個程序、或是某些組件，不適合對某個特定的功能函數(shù)進行采樣。

5.Yappi

Yappi是Yet Another Python Profiler(“另一個Python分析工具”)的縮寫。它在功能上，較上述討論過的工具庫只多不少。在默認情況下，PyCharm(譯者注：一款為專業(yè)Python 開發(fā)人員準備的IDE)會已安裝了Yappi，因此用戶在IDE中已經(jīng)具有了對于Yappi的內(nèi)置訪問權限。

要使用Yappi，您需要用指令來“修飾”目標代碼，以便針對分析機制進行調(diào)用，啟動，停止和生成報告。Yappi允許您根據(jù)測試的實際需求，在“經(jīng)過時間(wall time)”或“CPU時間”之間進行選擇。前者只是一個秒表;后者則可以通過系統(tǒng)原生API，記錄下CPU在實際執(zhí)行代碼過程中的用時，以便調(diào)整I/O的暫?；蚓€程的休眠?？梢?，CPU時間能夠方便您更加精確地了解某些操作(例如：數(shù)字代碼的執(zhí)行)的實際用時。

通過Yappi提供的函數(shù)--yappi.get_thread_stats()，您可以記錄任何一個線程活動，檢索出對應的統(tǒng)計信息，并分別對其進行分析。您不但無需“修飾”線程代碼，而且可以對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行過濾和細粒度的排序(類似于cProfile中的此類操作)。

此外，Yappi的獨到之處在于，它可以分析greenlet和coroutine(協(xié)程)。作為一種分析并發(fā)代碼的強大工具，它可以被廣泛地用來分析異步metaphor。

原文標題：5 great libraries for profiling Python code，作者：Serdar Yegulalp

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