CPython

CPython es la implementación de referencia del lenguaje de programación Python . Escrito en C y Python, CPython es la implementación predeterminada y más utilizada del lenguaje Python.

CPython puede definirse como intérprete y compilador , ya que compila el código Python a bytecode antes de interpretarlo. Cuenta con una interfaz de funciones externas para varios lenguajes, incluido C, en la que es necesario escribir explícitamente las vinculaciones en un lenguaje distinto de Python.

Una característica particular de CPython es que utiliza un bloqueo global del intérprete (GIL) de tal manera que para cada proceso del intérprete de CPython , solo un hilo puede procesar el código de bytes a la vez. ^{[ 2 ]} Esto no significa que no tenga sentido usar multihilo ; el escenario más común de multihilo es cuando los hilos esperan principalmente a que los procesos externos finalicen.

Esto puede ocurrir cuando varios hilos atienden a clientes diferentes. Un hilo puede estar esperando la respuesta de un cliente, otro puede estar esperando a que se ejecute una consulta a la base de datos , mientras que el tercer hilo está procesando código Python.

Sin embargo, el GIL implica que CPython no es adecuado para procesos que implementan algoritmos intensivos en CPU en código Python que potencialmente podrían distribuirse entre varios núcleos.

En aplicaciones reales, las situaciones en las que el GIL (Global Interpreter Lock) representa un cuello de botella significativo son bastante raras. Esto se debe a que Python es un lenguaje inherentemente lento y, por lo general, no se utiliza para operaciones que requieren mucha CPU o que son sensibles al tiempo. Python se usa normalmente en el nivel superior y llama a funciones de bibliotecas para realizar tareas especializadas. Estas bibliotecas generalmente no están escritas en Python, y el código Python en otro hilo puede ejecutarse mientras se realiza una llamada a uno de estos procesos subyacentes. La biblioteca que no es de Python y que se llama para realizar la tarea que requiere mucha CPU no está sujeta al GIL y puede ejecutar simultáneamente muchos hilos en múltiples procesadores sin restricciones.

La ejecución concurrente de código Python solo se puede lograr mediante procesos intérpretes CPython independientes gestionados por un sistema operativo multitarea . Esto complica la comunicación entre procesos Python concurrentes , aunque el módulo multiprocessing lo mitiga en cierta medida; esto significa que las aplicaciones que realmente pueden beneficiarse de la ejecución concurrente de código Python pueden implementarse con una sobrecarga limitada .

La presencia del GIL simplifica la implementación de CPython y facilita la creación de aplicaciones multihilo que no se benefician de la ejecución concurrente de código Python. Sin embargo, sin un GIL, las aplicaciones multiprocesamiento deben garantizar que todo el código común sea seguro para subprocesos.

Aunque se han presentado numerosas propuestas para eliminar el GIL, el consenso general es que, en la mayoría de los casos, las ventajas del GIL superan las desventajas; en los pocos casos en que el GIL representa un cuello de botella, la aplicación debería diseñarse en torno a la estructura de multiprocesamiento. Para facilitar un mayor paralelismo, en octubre de 2023 se lanzó una mejora que permite un GIL independiente por subintérprete en un único proceso de Python, descrito como «hilos con compartición opcional». ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Después de varios debates, en 2023 se lanzó un proyecto para proponer que el GIL fuera opcional a partir de la versión 3.13 de Python, ^{[ 5 ]} que se publicó el 7 de octubre de 2024, en Python 3.13.0. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

En 2009, se creó una rama patrocinada por Google llamada Unladen Swallow para incorporar un compilador justo a tiempo en CPython. ^{[ 8 ] [ 9 ]} El desarrollo finalizó en 2011 sin que se fusionara con la implementación principal, ^{[ 10 ]} aunque parte de su código, como las mejoras al módulo cPickle, sí se incluyó. ^{[ 11 ] [ 8 ]}

En 2021, se propuso un "intérprete adaptativo especializado", que mejoró el rendimiento entre un 10 % y un 60 % al especializar las instrucciones de ejecución común que mostraban una aparente estabilidad de tipo en instrucciones más rápidas y específicas de tipo, y que podía desespecializar las instrucciones cuando fuera necesario. ^{[ 12 ]} El SAI se incluyó por primera vez en Python 3.11, que, según el conjunto de pruebas de rendimiento "pyperformance", era un 25 % más rápido en promedio que Python 3.10. ^{[ 13 ]}

En 2024, un compilador Just-in-Time experimental se integró en la rama principal de desarrollo de CPython. Este JIT inicial se basa en LLVM y busca acelerar las rutas de código críticas . En el momento de la integración, el compilador aún no estaba incluido en las configuraciones de compilación predeterminadas de CPython y ofrecía un rendimiento similar al de SAI; una de las condiciones para su adopción completa era un aumento de rendimiento de al menos el 5 %. ^{[ 14 ]} Permanece deshabilitado por defecto, aunque los usuarios pueden habilitarlo para experimentar y ver cómo Python podría eventualmente competir con otros lenguajes con JIT. ^{[ 15 ]}

Las plataformas de nivel 1 oficialmente compatibles son Linux para Intel de 64 bits usando una cadena de herramientas GCC, macOS para Intel y ARM de 64 bits, y Microsoft Windows para Intel de 32 y 64 bits. Existe soporte oficial de nivel 2 para Linux para ARM de 64 bits, wasm32 ( Web Assembly ) con soporte de tiempo de ejecución WASI, y Linux para Intel de 64 bits usando una cadena de herramientas clang. Los sistemas de nivel 3 oficialmente compatibles incluyen Windows ARM de 64 bits, iOS de 64 bits, Raspberry Pi OS (Linux para armv7 con coma flotante dura), Linux para PowerPC de 64 bits en modo little-endian y Linux para s390x .

Más plataformas tienen implementaciones funcionales, entre ellas: ^{[ 16 ]}

Similar a Unix

Especial e integrado

Otro

PEP 11 ^{[ 17 ]} enumera las plataformas que no son compatibles con CPython por parte de la Python Software Foundation . Estas plataformas aún pueden ser compatibles mediante puertos externos. Estos puertos incluyen:

Los puertos externos no integrados en la versión oficial de CPython de la Python Software Foundation, con enlaces a su sitio de desarrollo principal, a menudo incluyen módulos adicionales para funcionalidades específicas de la plataforma, como la API de gráficos y sonido para PSP y SMS y la API de cámara para S60. Estos puertos incluyen:

CPython es una de las varias implementaciones de Python de "calidad de producción", entre las que se incluyen: Jython , escrito en Java para la máquina virtual de Java (JVM); PyPy , escrito en RPython y traducido a C; e IronPython , escrito en C# para la infraestructura de lenguaje común . También existen varias implementaciones experimentales. ^{[ 48 ]}

• Shaw, Anthony (2021). CPython Internals: Your Guide to the Python 3 Interpreter . Real Python. ISBN 9781775093343.

• CPython en GitHub