一、AOT編譯到底是什么？

        提到AOT（Ahead-of-Time）編譯，可能有的小伙伴會疑惑：“編譯不就是把代碼變成機器碼嗎？這不是JIT（Just-in-Time）在運行時做的事嗎？”其實呀，AOT編譯是在程序運行之前，就把源碼或者中間碼直接編譯成可執行文件或者本地庫。

        打個比方，JIT編譯像是在你需要用某個工具時，才開始現場制作；而AOT編譯則是提前把工具都做好，要用的時候直接拿起來就能用。AOT編譯的優點很明顯，它能讓程序啟動更快，對外部依賴更少，代碼也更安全一些。不過，它也有缺點，比如靈活性、兼容性可能沒那么好，調試的時候體驗也會差一點。

二、CPython的“隱藏技能”——“半AOT”

         你可能不知道，CPython本身也有點AOT的“影子”。當你第一次import一個模塊時，CPython會把.py源碼編譯成.pyc（字節碼），并把它存放在__pycache__文件夾里。下次再使用這個模塊時，就能直接載入，不用重新編譯了。

       你還可以利用Python自帶的py_compile或者compileall模塊，提前把整個項目都編譯一遍。具體操作如下：

• 單文件編譯
  ：在命令行輸入python -m py_compile your_script.py，這樣就能把單個Python文件編譯成字節碼。

• 項目整體編譯

  ：如果想編譯整個項目，就用python -m compileall./your_project 。

        這么做有什么好處呢？在部署項目的時候，能減少首次加載時的“小卡頓”，性能也能稍微提升一些（雖然提升的幅度有限）。但要注意，這生成的畢竟還是字節碼，和真正的機器碼相比，還有一定差距。

三、主流Python AOT編譯器大盤點

        現在市面上有不少能把Python代碼變成“真·本地代碼”的項目，下面給大家介紹幾款大佬們常用的AOT編譯器：

• Cython
  ：這是最成熟、生態最豐富的AOT編譯器。使用它時，你需要把.py文件改成.pyx，然后寫一些類型注解，接著它會把代碼轉成C代碼，最后再編譯成.so或.pyd文件。用Cython編譯后的代碼能達到C語言級別的速度，擴展C庫也很方便。不過，使用Cython也有一些麻煩的地方，比如需要修改源碼、寫類型注解，編譯過程也稍微復雜一點。

• Nuitka

  ：Nuitka號稱能“把CPython自己也編進去”，它可以一步到位生成單文件可執行程序，而且支持絕大部分Python語法和標準庫。和Cython相比，Nuitka的使用門檻更低，幾乎不用修改代碼。但它也有缺點，編譯時間比較長，生成的可執行文件體積也偏大。

• MyPyC

  ：MyPyC來自type-checking大神MyPy團隊，它主要是給純類型化的Python（PEP 484）代碼加速。使用MyPyC時，需要在源碼里寫滿類型注解，然后它會把代碼編譯成CPython擴展模塊。MyPyC能提升多少性能，取決于代碼的質量，它比較適合對類型化要求高、又不想大幅改動代碼的場景。

• ShedSkin

  ：ShedSkin是一個“半自動”靜態編譯器，它支持Python的部分功能，使用時必須寫類型注解或者遵守特定規則。ShedSkin的優勢是能生成非常小巧的可執行文件，很適合“小腳本”或者微服務。但它的兼容性不太好，不支持Python的一些動態特性。

• PyOxidizer / PyInstaller / Briefcase（捆綁工具）

  ：這些工具主要用于打包Python項目，不過像PyOxidizer會把字節碼、動態庫打包成一個單文件，啟動速度還不錯，勉強能算半“靜態部署”方案。

四、手把手教你上手AOT編譯器

• Cython

• 安裝

  ：在命令行輸入pip install cython，就能輕松完成安裝。

• 基本用法

  ：把foo.py改名為foo.pyx，在文件里寫些類似cdef int x的類型注解。然后在setup.py文件中寫入以下代碼：

from setuptools import setup
from Cython.Build import cythonize
setup(ext_modules = cythonize("foo.pyx"))

-**編譯**：最后在命令行執行`python setup.py build_ext --inplace`，就可以完成編譯。

• Nuitka

• 安裝

  ：同樣通過pip install nuitka來安裝。

• 編譯

  ：在命令行輸入nuitka --standalone --onefile your_script.py，就能把Python腳本編譯成單文件可執行程序。

• ?MyPyC

• 安裝MyPyC插件

  ：在命令行依次輸入pip install mypy mypyc。

• 初始化類型檢查

  ：在項目根目錄執行mypy --install-types --non-interactive 。

• 編譯

  ：最后執行python -m mypyc module1.py module2.py，就能編譯指定的模塊。

• ShedSkin

• ?安裝

  ：使用pip install shedskin進行安裝。

• 編譯

  ：在命令行輸入shedskin your_script.py，即可編譯Python腳本。

五、各編譯器優缺點大比拼

• 啟動速度

  ：AOT編譯后的程序 > .pyc字節碼程序 > JIT編譯的程序。

• 執行速度

  ：Cython ≈ Nuitka > MyPyC > ShedSkin > CPython。

• 易用性

  ：Nuitka ≥ Cython > MyPyC > ShedSkin。

• 兼容性

  ：Nuitka ≈ Cython > MyPyC > ShedSkin。

• 打包體積

  ：ShedSkin生成的可執行文件體積最小，Nuitka/PyOxidizer生成的體積最大 。

六、總結

       總的來說，如果你想追求極致性能，又不想在啟動時等待JIT的熱點優化，那么AOT編譯器是個不錯的選擇。可以先利用CPython自帶的.pyc編譯功能，緩解一下首次加載的卡頓。然后再根據項目的具體需求，選擇Cython、Nuitka、MyPyC或者更輕量的ShedSkin。

       要記住，性能調優就像是一場“成本與收益”的博弈，我們要挑選最適合項目的工具，可別為了優化性能，把項目改得面目全非哦！希望大家都能通過AOT編譯，讓自己的Python代碼跑得又快又好！