如何解决编译为字节码,Java与Python造成时间差异的原因是什么?
Java和python(仅涉及CPython)都分别解释为Java和CPython字节码。然后,两个字节码由它们各自的虚拟机(JVM和Cpython VM)解释。 (这里我忽略了在运行10K后启动的JIT编译部分。)
我对此有2个问题:
- 为什么将Java编译为Java字节码要比python花费那么多时间?在Java中,编译是显式步骤,而在python中,编译是在运行时进行。
- 为什么在第一次运行和第n次运行python之间没有显着差异,但是在第一次运行中完成了对CPython字节码的编译并将其缓存在.pyc文件中,该文件在所有后续运行中都使用。这个字节码编译真的是Python中几乎零成本的工作吗?
尽管它在运行时中起着重要的作用,但我想静态和动态类型在编译过程中不应起太大作用,也不应该是造成这种时间差异的唯一原因。另外,我认为在这两种实现中,字节码生成过程中都会进行一些优化。
我这里缺少什么吗? (我没有使用Java的丰富经验。)
更新:
我实际上在第一次运行和以后运行时对python进行了时间分析,发现语句2是错误的。运行大型python文件时,有一个非常明显的区别。
方法很简单。用重复的行创建一个大文件
a = 5
b = 6
c = a*b
print(str(c))
然后将其导入文件large.py
并运行time python large.py
首次运行结果:
python large.py 1.49s user 0.33s system 97% cpu 1.868 total
第二次运行结果:
python large.py 0.20s user 0.08s system 90% cpu 0.312 total
删除__pycache__文件夹后:
python large.py 1.57s user 0.34s system 97% cpu 1.959 total
所以基本上在python中,编译为字节码也是一个昂贵的过程,只是它不像在Java中那样昂贵。
解决方法
Java字节码编译器必须比Python字节码编译器执行更多检查。为了说明这一点,请从“ hello world”程序中提取以下内容:
System.out.println("Hello World!");
要编译这一行代码,编译器必须查找其所有部分的含义。这比听起来要复杂得多:System
可能是一个包。或者它可以是一个类,可以在与代码位于同一包中,也可以在一个导入的包中,或者位于java.lang
中。因此,编译器必须按该顺序检查所有这些选项。找到System
类后,就必须检查其访问修饰符是否允许这种使用。
之后,编译器必须弄清楚out
是什么:它是嵌套类还是类成员,其访问修饰符是什么?编译器发现它是PrintStream
类型的静态成员变量。然后,它必须对println
做相同的检查。直到知道所有这些,编译器才能发出任何代码,因为生成的字节码根据所涉及对象的类型而有所不同。
所有这些检查都需要时间,最重要的是因为即使对于最琐碎的程序,编译器也必须从标准库中加载大量的类定义。
相比之下,Python字节码编译器只需要解析该行,它就可以立即生成代码而无需查看额外的模块。在Python中,代码将编译为:
- 从当前范围(LOAD_NAME)查找“系统”对象
- 从系统(LOAD_ATTR)中查找“出”属性
- 从“出”(LOAD_METHOD)中查找“ println”
- 生成代码以调用它(CALL_METHOD)
Python编译器不在乎其中某些查找是否在运行时失败。
另一个重要的区别是Java编译器完全用Java编写,并在运行时编译为机器代码,而许多CPython实现是提前编译的C代码。与Python相比,这意味着Java有点“冷启动”问题。
更新:从Java 9开始,您可以直接从源代码运行Java程序,而无需将其编译为字节码。运行一个琐碎的“ hello world”程序,即使对于一个琐碎的程序,也可以通过提前将Java编译为字节代码来节省多少钱:
- 以
time python hello.py
为单位,python程序的运行时间为45-50毫秒。 - Java程序无需提前编译为字节码,运行时间为350-400毫秒(用
time java Hello.java
测量) - 编译为字节码后的Java程序运行时间为70-80毫秒(以
time java Hello
测量)
免责声明:未遵循任何科学方法或未进行统计分析,因此请谨慎对待。测试环境:Fedora 32上的Python版本3.8.5,Java版本11.0.8,Intel i7 8750H CPU
hello.py:
print("hello world")
Hello.java:
public class Hello {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello world");
}
}
版权声明:本文内容由互联网用户自发贡献,该文观点与技术仅代表作者本人。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如发现本站有涉嫌侵权/违法违规的内容, 请发送邮件至 dio@foxmail.com 举报,一经查实,本站将立刻删除。