Python3.12 新特性——GIL 重大突破！

Python3.12 新特性

2023年 10 月 2 日， Python3.12 正式发布了，和之前版本相比，Python3.12 有比较大的更新，核心最主要的就是能够支持解释器之间的隔离了，在一个 Python 进程当中能够有多个解释器，这在一定程度上缓解了 GIL 带来的问题，在这个版本当中主要有下面的一些主要的新特性：

更灵活的 f 字符串解析，允许许多以前不允许的事情。
支持 Python 代码中的缓冲区协议。
新的调试/分析 API 。
支持具有单独全局解释器锁的隔离子解释器。
改进了错误消息。现在，可能由拼写错误引起的更多异常会向用户提出建议。
支持 Linux perf 探查器在跟踪中报告 Python 函数名称。

总体来说整个 Python 的性能提升 5%。

F-String 的新功能

f-string 中的表达式组件现在可以是任何有效的 Python 表达式，包括重用与包含 f 字符串相同的引号的字符串、多行表达式、注释、反斜杠和 unicode 转义序列。

在以前的版版当中会出现下面的语法错误：

>>> songs = ['Take me back to Eden', 'Alkaline', 'Ascensionism']
>>> f"This is the playlist: {", ".join(songs)}"
  File "<stdin>", line 1
SyntaxError: f-string: expecting '}'

上面的操作在新版本当中是可以执行的。

因为现在 f-string 可以支持任何有效的 Python 表达式，因此我们还可以调用函数并且进行操作了：

>>> def hello():
...     return "Hello World"
...
>>> f"hell() return {":" + hello()}"
'hell() return :Hello World'
>>>

由于现在 f 字符串可以在表达式组件中包含任何有效的 Python 表达式，现在可以任意嵌套 f 字符串：

>>> f"{f"{f"{f"{f"{f"{[i for i in range(10)]}"}"}"}"}"}"
'[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]'

更精确的错误消息提示

当你的代码出现 NameError 的时候，标准库的模块可能被作为错误消息的一部分用于提示：

Python 3.12.0 (main, Oct  7 2023, 00:19:52) [Clang 14.0.3 (clang-1403.0.22.14.1)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> sys.version_info
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'sys' is not defined. Did you forget to import 'sys'?

当你在类当中使用属性的时候发生 NameError 的时候，也会有更加友好的提示：

>>> class A:
...   def __init__(self):
...       self.blech = 1
...
...   def foo(self):
...       somethin = blech

>>> A().foo()
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1
    somethin = blech
               ^^^^^
NameError: name 'blech' is not defined. Did you mean: 'self.blech'?

包导入错误也可以有帮助提示：

>>> import a.y.z from b.y.z
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1
    import a.y.z from b.y.z
    ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
SyntaxError: Did you mean to use 'from ... import ...' instead?

如果你在程序当中使用 from ... import ... 的语法的时候，如果报错了现在也会有更好的提示信息了：

>>> from collections import chainmap
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ImportError: cannot import name 'chainmap' from 'collections'. Did you mean: 'ChainMap'?

新类型语法

为了更好的支持泛型操作，PEP 695 引入了一种新的、更紧凑的、更显式的方式来创建泛型类和函数：

def max[T](args: Iterable[T]) -> T:
    ...

class list[T]:
    def __getitem__(self, index: int, /) -> T:
        ...

    def append(self, element: T) -> None:
        ...

从上面的代码来看，这种语法形式已经越来越接近 C++/Java 的泛型语法了。这种语法也可以让 type checker 能够进行更好的类型推断了，在一些大型项目当中可以有更好的跳转提示。

此外，还引入了一种使用该语句声明类型别名的新方法，该 type 语句创建的 TypeAliasType 实例：

type Point = tuple[float, float]
type Point[T] = tuple[T, T]

在新版当中 typing 模块还引入了 override：

模块中添加 typing 了一个新的装饰器 typing.override() 。它向类型检查器指示该方法旨在重写超类中的方法。这允许类型检查器捕获错误，其中旨在重写基类中某些内容的方法实际上没有这样做。

from typing import override

class Base:
  def get_color(self) -> str:
    return "blue"

class GoodChild(Base):
  @override  # ok: overrides Base.get_color
  def get_color(self) -> str:
    return "yellow"

class BadChild(Base):
  @override  # type checker error: does not override Base.get_color
  def get_colour(self) -> str:
    return "red"

每个解释器一个 GIL

在 3.12 版本当中可以创建子解释器，可以为每个子解释器单独创建一个 GIL，这样就可以让 Python 充分利用多核的性能。目前在 CPython3.12 当中只能够通过 C 扩展 API 创建，在 Python 层面当中还不能够使用，预计在 CPython3.13 当中能够直接在 Python 层面进行调用。

执行代码片段：

interp = interpreters.create()
print('before')
interp.run('print("during")')
print('after')

在一个线程里面创建子解释器执行多线程代码：

interp = interpreters.create()
def run():
    interp.run('print("during")')
t = threading.Thread(target=run)
print('before')
t.start()
t.join()
print('after')

Python3.12 在字节码和标准库等方面也有其他的优化，更多的细节可以参考官方发布的文档传送门。

本篇文章是深入理解 python 虚拟机系列文章之一，文章地址：https://github.com/Chang-LeHung/dive-into-cpython

更多精彩内容合集可访问项目：https://github.com/Chang-LeHung/CSCore

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