为什么动态类型语言相对比较慢?

fmms 8年前
     <p><img alt="为什么动态类型语言相对比较慢?" src="https://simg.open-open.com/show/1b20d9ad55db55f911c49e43c46afe1d.gif" width="500" height="200" /></p>    <p>静态类型语言中,在声明变量时已经指定了数据类型和表示方法。动态类型语言是在运行期间检查数据的类型,不得不保持描述变量值的实际类型标记,程序在每次操作变量时,需要执行数据依赖分支。 <br /> <br /> 而<a href="/misc/goto?guid=4958334316583476377" target="_blank">间接分支(Indirect branch)</a>和<a href="/misc/goto?guid=4958334317381720868" target="_blank">数据局部性(data locality)</a>对于运行时的性能是致命的。 <br /> <br /> 这就是动态语言的<a href="/misc/goto?guid=4958334318167684760" target="_blank">JIT</a>编译器基准测试要强调near-C的内循环速度,以及避免大的数据结构和数据处理问题的原因。 <br /> <br /> 我也希望像Python这样的动态类型语言可以变快。我试过用Python来进行传统的服务器编程——“系统语言”领域——但是效果真的不好,我现在考虑用Java重写一个服务器。 <br /> <br /> 因此,我花时间思考如何真正<a href="/misc/goto?guid=4958334318965236142" target="_blank">静态地编译Python</a>。毕竟,那是<a href="/misc/goto?guid=4958334319760840213" target="_blank">我梦寐以求的编程语言</a>!但当我思考如何将动态类型代码与静态编译Python结合起来时,我遇到了数据变慢的问题: <br /> <br /> 在动态语言中,通常所有数组中的元素(或其他数据结构)类型各不相同,所以有不同的表示值。因此,这些值都必须被单独存放为堆,而不是顺序地存为数组。这意味着如果对不相邻的内存执行数据依赖分支,则对缓存有更高的要求。 <br /> <br /> 也有一些聪明的技巧,使用变量中的特殊bit,将一些原生类型(像整型)打包成一个类型,类似于指针,但这要求寄存器在操作过程中进行跟踪,会增加开销。 <br /> <br /> 还有一些方法,比如使用JIT编译热路径(hot path)时,如果你直接插入没有标类型的值,而不是在堆里分别标记类型, 那么与JIT编译过的代码的互操作性会降低,如果其他代码改变了数组中的一个值的类型,就会出现非常严重的后果。 <br /> <br /> 我一直在思考,<a href="/misc/goto?guid=4958334318965236142" target="_blank">在Python语言中,什么是静态的</a>,什么不是。<strong>通过<a href="/misc/goto?guid=4958334321279758854" target="_blank">SSTA</a>(统计静态分析)和<a href="/misc/goto?guid=4958334322082714367" target="_blank">逃逸分析</a>可以判断,大量正常的程序是静态的。</strong><a href="/misc/goto?guid=4958334322878197536" target="_blank">Paul Biggar给了我信心</a>证实我的猜测是正确的,我的Python代码90%都是静态的。 <br /> <br /> 有 人会问,那另外的10%呢?通常情况下,我可以让所有的都是静态的,或者想象它被参数类型的限制范围特殊化了。除了Python语言的标准模 式,其他模式都由Web服务器分配给基于HTTP方法(如果收到GET请求就称为“get”方法)的Web处理器,这也需要程序员依照switch语句 (如elifs的长链)来进行修改。 <br /> <br /> Robert Harper对“从单一类型静态语言方面,动态语言是如何实现的”这个问题作出了<a href="/misc/goto?guid=4958334323677994987" target="_blank">很好的解释</a>,下面这句话是我希望他能进一步进行解释的:</p>    <div class="quote_title">     引用    </div>    <div class="quote_div">     我深知“编译器可以优化它”,至少在某些情况下。    </div>    <p><br /> 我确信他说的“某些情况”是指遇到non-escaping的情况,因为和后面的执行代码进行交互时,你应该要能够确定escape的类型。 <br /> <br /> 一些动态调用是无污染的——编译器可以从代码检查中发现一些变量(或方法)是动态的,但动态的代码不表示其他变量也是动态的,因为不同类型的变量、方法、成员的存在或缺失都被限制成了可识别的类型(或null)。 <br /> <br /> 但通常编译器是无法从代码检查中发现这些情况的,如果无法追踪到执行的情况,就无法知道代码如何依赖以及如何改变其他静态变量的值。因此,工作中断,所有变量再次变为动态的。 <br /> <br /> 我一直在努力寻找把<a href="/misc/goto?guid=4958334324474861847" target="_blank">Monkey Patch</a>(不改变初始源代码来扩展和修改动态语言运行代码的方法)、<a href="/misc/goto?guid=4958334325257649982" target="_blank">Set</a>(属性或索引器元素赋值的“访问器”方法)、<a href="/misc/goto?guid=4958334326063337721" target="_blank">SetAttr</a>(SetAttr 语句可以为一个文件设置属性信息)等解决办法移植到我虚构的Python编译器里,因为类型标记严重地降低了运行性能。 <br /> <br /> <strong>快速的数据结构对于内存访问模式和缓存位置是非常重要的,还可以减少分支和对这些分支的标记工作。</strong></p>