Acelera tu código Python con Microsoft Pyjion

Pyjion es un proyecto de código abierto diseñado para mejorar el rendimiento del código Python mediante las capacidades de compilación JIT optimizada del paquete .NET. Con Pyjion, puedes conseguir mejoras significativas en la velocidad de las aplicaciones Python. En este artículo, vamos a ver cómo optimizar y acelerar el código Python.

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Pyjion, a JIT extension for CPython that compiles Python code into native CIL

Pyjion es una herramienta que puede mejorar significativamente el rendimiento de Python al integrar un compilador JIT en el entorno de ejecución de Python. Este artículo explica cómo funciona Pyjion y cómo los desarrolladores pueden usarlo para acelerar su código Python sin realizar cambios importantes en sus proyectos. Es una excelente opción para aquellos que buscan optimizar la velocidad de ejecución de Python manteniendo la simplicidad.

La forma más común de acelerar tu código Python es utilizar CPython, el intérprete oficial de Python. Este compila el código en un lenguaje intermedio llamado bytecode y evalúa este código cada vez que se ejecuta tu código. Esto permite mucha flexibilidad, pero tiene un inconveniente. Los cálculos sencillos en los que las CPUs son muy eficientes, como la aritmética de números enteros y de coma flotante, son significativamente más lentos en CPython que en otros intérpretes.

En la práctica, los desarrolladores de Python adoptan herramientas como Cython para hacer más eficientes las operaciones numéricas compilando el código por adelantado, utilizando extensiones de C. Esta es una solución eficaz para el rendimiento, pero no es ideal para la iteración rápida o la experimentación, especialmente en los cuadernos Jupyter.

Aquí es donde Pyjion viene a ayudar. Pyjion es un paquete de Python 3.10 que analiza el código de Python y lo optimiza sobre la marcha, utilizando un compilador JIT, o “Just-in-Time”. Se puede utilizar en un programa simplemente importando la biblioteca Pyjion y habilitándola. Todo lo que se ejecuta después de esa declaración se compila en JIT.

“Pyjion” se pronuncia como la palabra “pigeon” (paloma). @DinoV quería un nombre que tuviera algo con “Python” – la parte “Py” – y algo con “JIT” – la parte “JI” – y que fuera pronunciable.

  • Compilador JIT guiado por perfiles
  • Soporte nativo de enteros y flotadores de 64 bits
  • Compilador pequeño y rápido
  • Windows, macOS y Linux
  • Compatible con CPUs Intel y ARM
  • Desensamblador IL y ASM incorporado
  • Soporte para herramientas nativas de depuración y perfilado

Pyjion compila el bytecode nativo de CPython en código máquina. Sin Pyjion, CPython utiliza un bucle de evaluación principal (llamado bucle de evaluación de cuadros) para iterar sobre los opcodes. El compilador Pyjion tiene 3 etapas principales:

  • Construir una “tabla de pila” de los tipos abstractos en cada posición de opcode
  • Compilar los opcodes de CPython en instrucciones IL (ECMA335 CIL)
  • Emitir los opcodes CIL en el compilador de .NET EE para convertirlos en código máquina/ensamblaje nativo

Los benchmarks realizados por los mantenedores del proyecto muestran que Pyjion es alrededor de dos o tres veces más rápido que el Python normal para el trabajo en el mundo real.

Pyjion Benchmarks
Python 3.10 vs Python 3.10 + Pyjion

Algunas de las optimizaciones permiten aumentar la velocidad hasta 10 veces. La aritmética regular, que siempre es una buena candidata para ser optimizada en JIT, puede ser un orden de magnitud más rápida.

Algunas características de Python, como las sentencias with o las sentencias async..await están aún no implementadas. Ambas están en la hoja de ruta. Pyjion incluye una capa de middleware que permite que las aplicaciones WSGI se ejecuten en Pyjion. Las aplicaciones de larga duración, como las aplicaciones web, son buenas candidatas para la aceleración JIT.

Pyjion requiere:

Después de seguir los pasos de instalación, Pyjion es sólo un módulo de Python que puedes importar a tu entorno de Python:

python -m pip install pyjion

Después de importar Pyjion, active el JIT usando la función enable:

import pyjion
pyjion.enable()

Cualquier código Python que escribas o importes después de activar Pyjion será compilado en JIT. No necesitas ejecutar funciones en ninguna API especial, es completamente transparente:

>>> def half(x):
...    return x/2
>>> half(2)
1.0

También puedes ejecutar Pyjion contra cualquier script o módulo:

pyjion my_script.py

O, para un módulo existente de Python:

pyjion -m calendar

¡Eso es!

Cómo se compara Pyjion con:

Sitio: https://pypy.org/

PyPy es una implementación de Python con su propio JIT. La mayor diferencia en comparación con Pyjion es que PyPy no soporta todos los módulos de extensión de C sin modificación, a menos que usen CFFI o trabajen con el subconjunto selecto de la API de C de CPython que PyPy sí soporta. Pyjion también pretende soportar muchos compiladores JIT mientras que PyPy sólo soporta su compilador JIT personalizado.

Sitio: https://github.com/pyston/pyston

Pyston es una implementación de Python que utiliza LLVM como compilador JIT. Comparado con Pyjion, Pyston tiene soporte parcial de la API de CPython C pero no soporte completo. Pyston también sólo soporta LLVM como compilador JIT.

Sitio: https://numba.pydata.org/

Numba es un compilador JIT para “código Python orientado a arrays y con mucha carga matemática”. Esto significa que Numba se centra en la computación científica mientras que Pyjion intenta optimizar todo el código Python. Numba también sólo soporta LLVM.

Sitio: https://ironpython.net/

IronPython es una implementación de Python que se implementa utilizando .NET. Aunque IronPython intenta ser utilizable desde .NET, Pyjion no tiene una historia de compatibilidad con .NET. Esto también significa que IronPython no puede usar módulos de extensión C mientras que Pyjion sí.

Sitio Nuitika: https://nuitka.net/pages/overview.html

Sitio Shedskin: https://github.com/shedskin/shedskin

Tanto Nuitka como Shedskin son transpiladores de Python a C++, lo que significa que traducen el código Python a un código C++ equivalente. Al ser un JIT, Pyjion no es un transpilador.

 Python, Code
Publicado en Nov 12, 2021