Profiling（性能调试）是我一直很感兴趣的一个话题，之前给大家介绍过Datadog这个工具，今天我们来看看Python语言中有哪些方法来做Profiling。

Poorman’s Profiler

最基础的就是使用time.time()来计时，这个方法简单有效，也许所有写过Python代码的人都用过。我们可以创建一个decorator使它用起来更方便。

这个方法的优点是简单，额外开效非常低（大部分情况下可以忽略不计）。但缺点也很明显，除了总用时，没有任何其他信息。

cProfile

cProfile是Python标准库中的一个模块，它可以非常仔细地分析代码执行过程中所有函数调用的用时和次数。cProfile最简单的用法是用cProfile.run来执行一段代码，或是用python -m cProfile myscript.py来执行一个脚本。例如，

以上代码的执行结果如下

完整的结果很长，这里我只截取了一部分。结果中每一行包含一个函数的执行信息，每个字段的含义如下

• ncalls: 该函数被调用的次数

• tottime: 该函数的总耗时，子函数的调用时间不计算在内

• percall: tottime / ncalls

• cumtime: 该函数加上其所有子函数的总耗时

• percall: cumtime / ncalls

这里我们看到requests.get的时间主要是花费在_socket.getaddrinfo和_socket.socket.recv这两个子函数上，其中_socket.getaddrinfo被调用了一次，而_socket.socket.recv被调用了3次。

虽然cProfile.run用起来非常直观，但在实际调试时并不灵活，并且最后打印出来的信息过于冗长。我们可以通过写一个decorator让cProfile的使用更方便，但这里我想介绍Python中另一个非常好用的特性，那就是contextmanager。Decorator用来包裹一个函数，而contextmanager则用来包裹一个代码块。例如，我们希望用cProfile来调试一个代码块，可以创建如下的contextmanager

这样就可以很方便地用with语法对一段代码进行性能调试，以上代码的执行结果如下

因为这里的结果按tottime排序，并且只显示最费时的5个函数，所以看起来要比之前的结果清晰很多。

Line Profiler

与cProfile相比，Line Profiler的结果更加直观，它可以告诉你一个函数中每一行的耗时。Line
Profiler并不在标准库中，需要用pip来安装

Line Profiler的使用方法与cProfile类似，同样建议为其创建decorator或是contextmanager来方便使用。具体代码可以看这里。

例如，我们用Line Profiler来调试urlparse.parse_qsl函数，其输出结果如下

Line Profiler的结果虽然直观，但由于它不能显示子函数运行的详细信息，所以实际可以使用的场景比较有限。

定制低开销的Profiler

cProfile虽然是非常不错的性能调试工具，应用场景也很广泛，但它最主要的缺点是有很大的额外开销（overhead）。这使cProfile不适合在生产环境中使用，而且过大的额外开销有时会导致Profiler打开与关闭状态下代码的性能瓶颈不一致。

cProfile高开销来自于它对每一个函数调用进行计时，但很多时候，其实我们只关心某些类库的执行时间。以典型的网络移动应用的服务程序为例，它们的大部分时间花费在I/O上，我们在做性能分析时，关心的是在响应用户请求时，服务器在RPC，Cache和DB这些I/O操作上各花费了多少时间。如果更细致一些，我们也许会关心在一次用户请求中，DB的select/insert/update各被调用了多少次，花费了多少时间。

如果大家熟悉如New Relic之类的APM服务（Application Performance
Monitoring），它们可以将每一个web请求的响应时间分解成RPC/Cache/DB的开销，同时它并不会对服务器造成太多额外的负担。我们也可以自己编写这类的Profiler，需要做的就是那一些特定的I/O函数进行monkey-
patch，将原先的函数替换成带有计时器的函数。比如，我们想对所有的requests.get函数计时，但又不能更改requests模块的代码，我们可以这样做

如果你想对requests模块下所有的公有API计时，我们可以写一个patch_module辅助函数

那要是我们想对所有redis的访问计时呢？这时我们需要对redis.StrictRedis这个类下的所有方法进行monkey-
patch，我们可以写一个patch_class辅助函数

在Github上，我们给出了一个完整的自定义Profiler的例子，它可以patch一个模块或是一个类，对不同的方法归类，profiling结束时打印出各个方法的时间，以及各个类别的总耗时。同时这个Profiler也是线程安全的。由于篇幅有限，这里只给出使用这个Profiler的例子，实现部分请查阅源代码

其执行结果如下

小结

性能调试是一个很大的题目，这里介绍的只是非常初级的知识。在最后一小节给出的例子也是希望大家不要局限于现有的工具，而是能根据自己的需求，打造最合适的工具。欢迎大家交流讨论！