專家點出Python之父近期重大宣布，CPython執行速度4年內將翻5倍

交大AI學院副教授魏澤人認為，Python之父Guido van Rossum在今年5月的PyCon US上宣布，要在4年內將CPython的執行速度提升5倍，是Python開發者近期值得關注的議題。他指出，由於這次效能提升的計畫，會直接更新到Python官方版本中，「可能是一個很大的轉變。」

CPython是以C語言實作的直譯器，由於是Python官方組織發布的工具，它也是當前最廣泛使用的Python直譯器。魏澤人解釋，Python的一大缺點，就是執行速度慢，需要靠C語言編寫的直譯器CPython，來加速Python的執行；在進行大數據分析的相關應用時，為了提升大量運算的需求，也可能搭配如Numpy、TensorFlow等以C語言為主編寫的函式庫，來提升執行效率。換句話說，Python執行速度慢的問題已經存在已久，過去常見做法，就是與其他編譯式語言相搭配，來加快Python執行速度。

不過，這個問題似乎在今年迎來轉機。5月時，Guido van Rossum在微軟開發者社群Reactor的一場採訪中表示，去年加入微軟後，原先想投入Python在資料科學領域的貢獻，但在實作AI應用後，發現機器學習領域博大精深，若要精通並對這個領域貢獻，可能要花上3～4年時間。因此，他後來選擇與微軟4位Python核心開發者，共組一個團隊，來研究提升CPython效能的方法。團隊成員更已經把將相關文件置於GitHub上，計畫分4階段來提升CPython執行速度。

文件中明確列出了4階段計畫時程與內容。首先在第一階段，將在今年10月要發布的Python 3.10版本中，增加一個適應性、專業化的直譯器（interpreter）；第二階段，則是要在Python 3.11版本中進行多個關鍵項目的改進，包括提升二元運算符（binary operators）的效能，或是透過更好的物件記憶體設計，來減少記憶體管理的資源消耗（overhead）。第三階段，是要在Python 3.12版本加入小範圍使用的簡易JIT編譯器；最後一個階段，是要在Python 3.13版本中擴充編譯區域，加強編譯功能來生成更高級的機器語言（machine code）。

在這4個階段中，預計每階段都要提升CPython速度50%，最後達到總執行速度提升5倍的成效。但文件內也指明，某些平臺禁止執行過程中的程式碼生成（runtime code generation），比如蘋果行動裝置的iOS平臺就是其中一例，對這些平臺來說，只有前兩階段有助於提升CPython的效能，也就無法提升5倍速度，只能提升大約2倍。

Guido van Rossum在PyCon US上，也說明了CPython效能提升，對使用者產生的影響。他指出，受益較大的使用者，是在密集CPU（CPU-intensive）上執行Python程式碼、用Python寫網站，以及使用Python編寫的工具或套件的使用者，未來程式碼執行速度會更快；但相對的，使用Numpy、Tensorflow等本來就已經用C語言編寫的套件、記憶體輸入輸出綁定（I/O-bound）的程式碼、多執行緒程式碼以及演算法效率低下的程式碼，對這些使用者來說受益較小，Python效能精進相對較少。

他在訪談中也提到，「加快Python速度」這件事，過去也有不少團隊致力於改進。比如臉書5月開源了Cinder專案，這是一個Instagram內部效能導向的CPython 3.8生產版本，透過多種方法實現CPython的效能優化，其中的Cinder JIT幾乎支援了所有Python運算程式碼，在許多Python效能基準測試中，更可以達到1.5～4倍的速度提升。

Dropbox內部也有Modzelewski和Marius Wachtler等開發人員，開源了Pyston專案，現在已經更版到Pyston 2.2，最新5月的發布指出，Pyston 2.2在Web伺服器基準測試中，比普通Python快了30%，這還是保守的說法。這個版本也立基在CPython 3.8.8之上，融合了許多CPython的改變。

不過，由於這些專案都不是Python官方所開發，而是各家企業為了在內部加快Python執行的速度，對CPython所做的修改。因此，魏澤人認為，Guido與微軟團隊主導的CPython效能改善，是官方標準版本的改變，能對更多Python使用者帶來影響。

Python TIOBE流行度即將媲美C、Java

除了Python速度的加快，是未來可關注的焦點，Python近期流行度也大幅提升，根據熱門程式語言排行榜TIOBE Index的7月排行公布，前三名C、Java和Python分數前所未有的接近，依照現在的態勢，Python也很有機會超過C語言成為第一名。而Python排名的進步，可能與Python在疫情期間被用於尋找對抗病毒的藥物有關。

魏澤人則是較以長期觀察的角度來評論，認為Python排名提升是許多因素綜合的結果。他推測，其中一大關鍵，可能是Python本身易上手、快速開發、用途廣泛的特性，推動學校紛紛開課教授這門程式語言，學生畢業後進入職場，又帶動職場IT開發語言的改變，而逐漸鞏固了Python的地位。

尤其，Python不只能用於開發網頁、後端、行動應用程式以及嵌入式系統的應用，近年來AI的蓬勃發展，更掀起Python的新一波應用浪潮，加上Python雖然無法直接用於系統開發，但能作為膠水語言，並與其他如C、Java等語言搭配使用，無論是用於整合或串接各式各樣的系統（例如資料庫），或在進行數據計算時，用來連接其他語言編寫的函式庫等，都有用武之地。

因此，他認為，無論Python日後是否如預期的奪下第一的寶座，未來幾年內掉出十名以外的機率較小，因為其他未來很有潛力的程式語言，如Julia、Rust，目前在教學上還不夠普及，需要一點時間才會反映在佔有率上面。