Profile 和 cProfile

在 Python 標準庫里面有兩個模塊可以用來做性能測試。

1. 一個是 Profile，它是一個純 Python 的實現，所以會慢一些，如果你需要對模塊進行拓展，那么這個模塊比較合適。

2. 第二個是 cProfile，從名字就可以看出這是一個 C 語言的實現版，官方推薦在大多數情況下使用。
這兩者的接口和數據的輸出格式是完全一樣的，你可以在這兩者之間自由的切換，所以下面我們僅以 cProfile 為例進行介紹。

使用 cProfile 進行性能測試

在 cProfile 中，進行性能測試十分簡單，只需調用 run 方法，并將需要測試的函數及參數傳遞給它即可，下面我們對fib(n) 進行性能測試。

            
import cProfile

def fib(n):
 if n == 0:
 return 0
 if n == 1:
 return 1
 return fib(n-1) + fib(n-2)

if __name__ == '__main__':
 cProfile.run('fib(30)')
          

性能測試的結果如下圖

可以看到一共進行了 2692539 次函數調用，共耗時 0.815 秒。下面每一行對應于一個函數的調用情況，其中：

1. ncalls, 函數總共調用次數；
2. tottime, 這個函數調用總共花費時間；
3. percall, 每個調用的平均花費時間；
4. cumtime, 總共累計花費時間；
5. percall, 每個調用的平均累計時間；
6. filename:lineno(function), 對應函數信息。

所以從圖中可以明顯看到幾乎的耗時都在fib上，而且函數調用數過多，這主要是因為函數是遞歸調用的，并且會產生很多冗余分支，所以程序需要進行優化。有兩種方法進行改進，一是緩存fib(n)的信息，不需要每次都進行計算；二是將程序改為迭代式。

而對函數值進行緩存在 Python 3 里有一個簡單的裝飾器叫做lru_cache，可以自動的幫你緩存函數的值，而不需要自己手動存儲。

            
import functools

@functools.lru_cache(maxsize=None)
def fib(n):
 if n == 0:
 return 0
 if n == 1:
 return 1
 return fib(n-1) + fib(n-2)
          

運行結果如下：

可以看到，fib 函數只調用了 31 次，幾乎所有額外的調用都命中了緩存，遠遠小于前面的調用次數，運行時間也得到了相當明顯的提升。同時使用下面的迭代版程序也運行得非常快，這里就不再展開。

            
def fib(n):
 prev, cur = 0, 1
 if n == 0:
 return prev
 if n == 1:
 return cur
 count = 1
 while count < n:
 count += 1
 prev, cur = cur, prev + cur
 return cur
          

除了前面提到的 run 方法外，還有一個叫做 runctx 的方法，允許提供一些上下文參數。例如前面的 cProfile.run('fib(30)') 可以改為 cProfile.runctx('fib', globals(), {'n':30}) 最后的運行結果是相同的。

最后，除了直接打印到命令行的方式，run 和 runctx 可以通過第二個參數傳遞文件名的方式將輸出結果寫入文件。

使用 pstats 對顯示進行控制

cProfile 雖然可以對程序進行簡單的性能測試，但是當程序過大，調用函數很多的時候，就需要一些對測試結果進行過濾和排序的工具了，而 pstats 就是這樣的一個工具。

            
# fib_profile.py
import cProfile
import pstats

for i in range(5):
 cProfile.run('fib(1000)', 'fib_profile_{}'.format(i))

stats = pstats.Stats('fib_profile_0')
for i in range(1, 5):
 stats.add('fib_profile_{}'.format(i))
stats.strip_dirs()
stats.sort_stats('cumulative')
stats.print_stats('fib')
          

上面的程序首先寫入了多個測試結果，然后初始化了 stats，可以通過 stats 的 add 方法添加新的文件，pstats 會自動的將結果聚合起來；然后 strip_dirs 將會移除文件名前面的路徑，只保留文件名；sort_stats 是對輸出結果進行排序，也就是在前面所說的那幾行里進行選擇（具體的可參閱官方文檔）；最后的 print_stats 對結果進行輸出，在這面可以對行進行過濾，比如上面的程序就只輸出了包含 fib 的行；實際輸出結果如下。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。