全面披露-我目前是一名Python工程師，因此您可以認(rèn)為我有偏見。但是我想揭露一些對Python的批評，并反思對于使用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)工程，數(shù)據(jù)科學(xué)和分析的日常工作，速度問題是否有效。

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Python太慢了嗎?

我認(rèn)為，此類問題應(yīng)基于特定的上下文或用例提出。與C之類的編譯語言相比，Python的數(shù)字運(yùn)算速度慢嗎?是的。這個事實(shí)已經(jīng)存在多年了，這就是為什么速度如此重要的Python庫(例如numpy)在后臺充分利用C的原因。

但是對于所有用例來說，Python是否比其他(難于學(xué)習(xí)和使用)語言慢很多?如果查看許多為解決特定問題而優(yōu)化的Python庫的性能基準(zhǔn)，它們與編譯語言相比表現(xiàn)良好。例如，看一下FastAPI性能基準(zhǔn)測試-顯然，Go作為一種編譯語言比Python快得多。盡管如此，F(xiàn)astAPI還是擊敗了Go的一些用于構(gòu)建REST API的庫：

> Web Framework Benchmarks — image by the author

旁注：上面的列表不包括具有更高性能的C ++和Java Web框架。

類似地，當(dāng)將Dask(用Python編寫)與Spark(用Scala編寫)比較用于數(shù)據(jù)密集型神經(jīng)成像管道[2]時，作者得出以下結(jié)論：

總體而言，我們的結(jié)果表明，發(fā)動機(jī)之間的性能沒有實(shí)質(zhì)性差異。

我們應(yīng)該問自己的問題是我們真正需要多少速度。如果您運(yùn)行每天僅觸發(fā)一次的ETL作業(yè)，則可能需要20秒鐘還是200秒鐘都不在乎。然后，您可能希望使代碼易于理解，打包和維護(hù)，特別是考慮到與昂貴的工程時間相比，計(jì)算資源變得越來越負(fù)擔(dān)得起。

代碼速度與實(shí)用性

從務(wù)實(shí)的角度來看，在選擇用于日常工作的編程語言時，我們需要回答許多不同的問題。

(1) 可以使用這種語言可靠地解決多個業(yè)務(wù)問題嗎?

如果您只關(guān)心速度，那就不要使用Python。對于各種用例，都有更快的替代方法。Python的主要優(yōu)點(diǎn)在于其可讀性，易用性以及可以解決的許多問題。Python可以用作將無數(shù)不同的系統(tǒng)，服務(wù)和用例聯(lián)系在一起的膠水。

(2) 能找到足夠的懂這種語言的員工嗎?

由于Python非常易于學(xué)習(xí)和使用，因此Python用戶數(shù)量不斷增長。以前曾在Excel中處理數(shù)字的業(yè)務(wù)用戶現(xiàn)在可以快速學(xué)習(xí)在Pandas中進(jìn)行編碼，從而學(xué)會自給自足，而無需始終依賴IT資源。同時，這消除了IT和分析部門的負(fù)擔(dān)。它還可以縮短實(shí)現(xiàn)價值的時間。

如今，與那些能夠使用Java或Scala做到這一點(diǎn)的數(shù)據(jù)工程師相比，更加容易了解Python并且可以使用該語言維護(hù)Spark數(shù)據(jù)處理應(yīng)用程序的人更加容易。許多組織只是因?yàn)檎业?quot;講"該語言的員工的機(jī)會較高，而逐漸在許多用例上轉(zhuǎn)向使用Python。

相比之下，我知道迫切需要Java或C#開發(fā)人員來維護(hù)其現(xiàn)有應(yīng)用程序的公司，但是這些語言很困難(需要花費(fèi)數(shù)年時間才能熟練使用)，并且對于新程序員來說似乎沒有吸引力，他們可能會在利用更簡單的語言(例如，Go或Python。

來自不同領(lǐng)域的專家之間的協(xié)同作用

如果您的公司使用Python，則業(yè)務(wù)用戶，數(shù)據(jù)分析師，數(shù)據(jù)科學(xué)家，數(shù)據(jù)工程師，數(shù)據(jù)工程師，后端和Web開發(fā)人員，DevOps工程師甚至系統(tǒng)管理員都很有可能使用相同的語言。這可以在項(xiàng)目中產(chǎn)生協(xié)同作用，使來自不同領(lǐng)域的人們可以一起工作并利用相同的工具。

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數(shù)據(jù)處理的真正瓶頸是什么?

根據(jù)我自己的工作，我通常遇到的瓶頸不是語言本身，而是外部資源。更具體地說，讓我們看幾個例子。

(1) 寫入關(guān)系數(shù)據(jù)庫

在以ETL方式處理數(shù)據(jù)時，我們需要最終將此數(shù)據(jù)加載到某個集中位置。盡管我們可以利用Python中的多線程功能(通過使用更多線程)將數(shù)據(jù)更快地寫入某些關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，但并行寫入次數(shù)的增加可能會最大化該數(shù)據(jù)庫的CPU容量。

實(shí)際上，當(dāng)我使用多線程來加快對AWS上RDS Aurora數(shù)據(jù)庫的寫入速度時，這發(fā)生在我身上。然后，我注意到writer節(jié)點(diǎn)的CPU使用率上升到如此之高，以至于我不得不使用更少的線程來故意降低代碼速度，以確保不會破壞數(shù)據(jù)庫實(shí)例。

這意味著Python具有并行化和加速許多操作的機(jī)制，但是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(受CPU內(nèi)核數(shù)量的限制)具有其局限性，僅通過使用更快的編程語言就不可能解決它。

(2) 調(diào)用外部API

使用外部REST API(您可能希望從中提取數(shù)據(jù)以滿足數(shù)據(jù)分析需求)是另一個例子，其中語言本身似乎并不是瓶頸。盡管我們可以利用并行性來加快數(shù)據(jù)提取的速度，但這可能是徒勞的，因?yàn)樵S多外部API限制了我們可以在特定時間段內(nèi)發(fā)出的請求數(shù)量。因此，您可能經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)自己故意降低了腳本運(yùn)行速度，以確保不超出API的請求限制：

time.sleep(10) 

(3) 處理大數(shù)據(jù)

根據(jù)我處理海量數(shù)據(jù)集的經(jīng)驗(yàn)，無論使用哪種語言，都無法將真正的"大數(shù)據(jù)"加載到筆記本電腦的內(nèi)存中。對于此類用例，您可能需要利用Dask，Spark，Ray等分布式處理框架。使用單個服務(wù)器實(shí)例或便攜式計(jì)算機(jī)時，可以處理的數(shù)據(jù)量受到限制。

如果您想將實(shí)際的數(shù)據(jù)處理工作轉(zhuǎn)移到一組計(jì)算節(jié)點(diǎn)上，甚至可能利用GPU實(shí)例來進(jìn)一步加快計(jì)算速度，那么Python恰好具有一個龐大的框架生態(tài)系統(tǒng)，可簡化此任務(wù)：

• 您是否想利用GPU加快數(shù)據(jù)科學(xué)的計(jì)算速度?使用Pytorch，Tensorflow，Ray或Rapids(即使使用SQL — BlazingSQL)
• 您是否想加快處理大數(shù)據(jù)的Python代碼的速度?使用Spark(或Databricks)，Dask或Prefect(可在后臺將Dask抽象化)
• 您是否想加快數(shù)據(jù)處理以進(jìn)行分析?使用快速專用的內(nèi)存中柱狀數(shù)據(jù)庫，僅通過使用SQL查詢即可確保高速處理。

而且，如果您需要協(xié)調(diào)和監(jiān)視在計(jì)算節(jié)點(diǎn)集群上發(fā)生的數(shù)據(jù)處理，則有幾種用Python編寫的工作流管理平臺，這些平臺可以加快開發(fā)并改善數(shù)據(jù)管道的維護(hù)，例如Apache Airflow，Prefect或Dagster。如果您想進(jìn)一步了解這些內(nèi)容，請查看我以前的文章。

順便提一句，我可以想象有些抱怨Python的人沒有充分利用它的能力，或者可能沒有為眼前的問題使用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

總而言之，如果您需要快速處理大量數(shù)據(jù)，則可能需要更多的計(jì)算資源而不是更快的編程語言，并且Python庫使您可以輕松地在數(shù)百個節(jié)點(diǎn)之間分配工作。

結(jié)論

在本文中，我們討論了Python是否是當(dāng)前數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的真正瓶頸。盡管Python比許多編譯語言要慢，但它易于使用且功能多樣。我們注意到，對于許多人來說，語言的實(shí)用性超過了速度方面的考慮。

最后，我們討論了至少在數(shù)據(jù)工程中，語言本身可能不是瓶頸，而是外部系統(tǒng)的局限性以及龐大的數(shù)據(jù)量，無論選擇哪種編程語言，它都禁止在單個計(jì)算機(jī)上進(jìn)行處理。