Python效能分析與優化（譯者序）

從狹義相對論的角度看，速度最快、規模最大的平行計算方式是太陽照耀地球。每時每刻，陽光都會離開太陽表面，以大約30萬千米/秒的速度，經過8分17秒到達地球表面。太陽的計算方式很簡單，一視同仁，普照大地，並行（parallel）照耀每一個物件，誰也不會多得一米陽光。地球上的每個人都可看成享受陽光資源的獨立程式（process），人們平時處理自己的任務，經歷著各自的生命週期，彼此間有時也會通訊（程式間通訊，IPC）。由於太陽資源豐富，可以不計得失，她也許從來不覺得自己的光具有波粒二象性，也沒覺得平行計算的效率高。

但是，人不是太陽，每個人在一生中時刻面對著諸多問題。“人無遠慮，必有近憂”，本質上皆為時間與空間的稀缺問題，這與計算機的多工處理問題一致。完成任務之前，需要精打細算，以期充分利用資源，儘可能地多快好省，實現高效執行。對於單任務，人們會努力提升自己的能力，並藉助高效能的工具，提高做事的效率，從內部不斷優化自己。對於多個簡單任務，可以完成一個任務再去完成另一個任務，就像for迴圈處理方式。然而，“好漢難敵四手”，個人的力量總是有限的，所以時間緊迫、任務艱鉅時，團隊的力量（多程式）不可或缺。有時，在處理沒有共同資源需求的多個任務時，可以多人同時作業，並行處理，提高效率。處理有共同資源需求的多個任務時，我們會為每個人設定不同的階段性目標，在這段時間做點任務A，在那段時間做點任務B，也就是多執行緒的併發（concurrency）處理；這樣，一段時間後，兩個任務就都可以完成。然而，多程式與多執行緒，究竟哪種方式效率高、效果好，需要根據實際情況決定。

計算機多工處理的理論，與上述情景類似。大師們已經將這些資源配置方法抽象成完整的理論，不僅適用於計算機程式語言，對提高個人素質和改善團隊合作方式也大有裨益。眾所周知，Python語言簡潔優雅的特點，使其生產效率大幅提升，然而在面對海量的資料處理、文字分析、伺服器響應時，其效能瓶頸也十分明顯。但是，Python社群一直在努力，從語言自身的特性到計算機優化理論，特別是多工處理（並行、併發、分散式）等方面，不斷地改善Python的效能。本書即是社群對Python效能分析與優化實踐的系統性總結之一。

本書內容豐富，淺顯易懂，適合有Python基礎的讀者閱讀。作者從演算法效能分析理論開始，首先介紹主流的Python效能分析工具，包括cProfile效能分析器、line_profiler+kernprof效能分析工具、KCacheGrind+pyprof2calltree、RunSnakeRun視覺化效能分析工具，幫助讀者發現程式的效能瓶頸。緊接著，將通用效能優化方法與Python語言結構緊密結合起來，優化程式的效能，介紹了函式值快取、列表生成器、ctypes和字串優化等技巧。之後，介紹了Python多執行緒與多程式的多工處理方法，並對PyPy（JIT編譯器）與Cython（引入C語言型別）的用法與特點進行了深入分析。另外，針對Python在資料分析領域的重要地位，作者還專門介紹了高效能的資料處理程式庫，如Numba、Parakeet和pandas。最後，作者通過一個Python網路爬蟲案例，將前面介紹的效能分析與優化方法結合起來，不斷地改善程式的效能，對比效能優化的效果。

優化Python也是需要成本的。寫Python總是很happy，因為在普通的業務場景中，Python並不慢，再結合成熟的科學計算生態環境，問題大都可以輕鬆解決。雖然Python的效能分析與優化方法都很簡單，但是優化也是需要花費時間的，所以大規模的效能優化需要面對特定的業務場景才有意義，正如不是所有人每天都需要跑100米衝刺，亦如Python的發明者Guido van Rossum所說，“……對絕大多數事情而言，語言效能並不重要……”（...for most of what you're doing, the speed of the language is irrelevant...）。假如你的Python程式總是需要優化，那麼高效能部分程式碼可以考慮使用新語言實現，參考Google與Dropbox的發展軌跡。如果你有時間、想優化，那就動手吧，本書可以給你一些指導。不過，開源專案的發展速度不是書本可以跟上的，所以要想了解最新的進展，需要主動關注相關工具的官方網站或GitHub。書籍能夠提供的是基礎性、系統化的指導，知識可能過時，但方向不會改變。

Python生態系統的效能與時俱進。隨著資料獲取成本與雲端計算資源成本的不斷降低，人們越來越容易獲取強大的計算資源（如亞馬遜AWS、微軟Azure、谷歌雲端計算平臺）。PEP不斷地引入優質方案，增強Python的效能，Spark（支援Python）、dask、IPython的ipyparallel等平行計算框架也在快速發展，Python的生態系統效能不斷地優化，精彩的故事正在進行，讓我們共同努力吧（Let's do more of this）。

簡單，所以持久。

——譯者陶俊傑