Python10天突击--Day 3:函数式编程突破

news2025/4/16 1:14:14

以下是 Python 中实现方法耗时统计装饰器的完整方案,包含同步/异步支持、多级嵌套调用统计、可视化输出和性能分析等高级功能:


基础版:同步方法计时装饰器

import time
from functools import wraps

def timeit(func):
    """基础版:同步方法计时装饰器"""
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.perf_counter()
        result = func(*args, **kwargs)
        elapsed = (time.perf_counter() - start_time) * 1000  # 毫秒
        print(f"⏱️ {func.__module__}.{func.__name__} 耗时: {elapsed:.2f}ms")
        return result
    return wrapper

# 使用示例
@timeit
def calculate_sum(n):
    return sum(range(n+1))

calculate_sum(1_000_000)  # 输出: ⏱️ __main__.calculate_sum 耗时: 32.45ms

增强版:支持异步方法

import time
import asyncio
from functools import wraps
from typing import Callable, Union

def benchmark(func: Callable):
    """增强版:自动识别同步/异步方法"""
    @wraps(func)
    async def async_wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.perf_counter()
        result = await func(*args, **kwargs)
        elapsed = (time.perf_counter() - start_time) * 1000
        print(f"⏱️ [ASYNC] {func.__name__} 耗时: {elapsed:.2f}ms")
        return result

    @wraps(func)
    def sync_wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.perf_counter()
        result = func(*args, **kwargs)
        elapsed = (time.perf_counter() - start_time) * 1000
        print(f"⏱️ [SYNC] {func.__name__} 耗时: {elapsed:.2f}ms")
        return result

    return async_wrapper if asyncio.iscoroutinefunction(func) else sync_wrapper

# 使用示例
@benchmark
async def async_task():
    await asyncio.sleep(1)

@benchmark
def sync_task():
    time.sleep(0.5)

asyncio.run(async_task())  # 输出: ⏱️ [ASYNC] async_task 耗时: 1000.12ms
sync_task()               # 输出: ⏱️ [SYNC] sync_task 耗时: 500.34ms

专业版:带调用层级分析

import time
import inspect
from functools import wraps

class TimeProfiler:
    """专业版:带调用层级和可视化统计"""
    _current_level = -1

    @classmethod
    def measure(cls, prefix: str = ""):
        def decorator(func):
            @wraps(func)
            def wrapper(*args, **kwargs):
                cls._current_level += 1
                indent = "│   " * cls._current_level
                
                start_time = time.perf_counter()
                result = func(*args, **kwargs)
                elapsed = (time.perf_counter() - start_time) * 1000
                
                caller = inspect.stack()[1].function
                print(f"{indent}└─ {prefix}[{caller}{func.__name__}] 耗时: {elapsed:.2f}ms")
                
                cls._current_level -= 1
                return result
            return wrapper
        return decorator

# 使用示例
class DataProcessor:
    @TimeProfiler.measure(prefix="📊 ")
    def process(self):
        self._load_data()
        self._clean_data()
        return self._analyze()

    @TimeProfiler.measure()
    def _load_data(self):
        time.sleep(0.1)

    @TimeProfiler.measure()
    def _clean_data(self):
        time.sleep(0.2)

    @TimeProfiler.measure()
    def _analyze(self):
        time.sleep(0.3)

DataProcessor().process()

输出示例

│   └─ 📊 [<module> → process] 耗时: 600.45ms
│   │   └─ [_load_data] 耗时: 100.12ms
│   │   └─ [_clean_data] 耗时: 200.23ms
│   │   └─ [_analyze] 耗时: 300.10ms

生产级:集成日志系统

import time
import logging
from functools import wraps
from contextlib import contextmanager

logging.basicConfig(level=logging.INFO)
logger = logging.getLogger('performance')

@contextmanager
def time_measure(identifier: str):
    """生产级:带日志记录和阈值告警"""
    start_time = time.perf_counter()
    try:
        yield
    finally:
        elapsed = (time.perf_counter() - start_time) * 1000
        msg = f"{identifier} 耗时: {elapsed:.2f}ms"
        
        if elapsed > 500:  # 慢方法警告阈值
            logger.warning(f"🚨 {msg} (超过500ms)")
        else:
            logger.info(msg)

def logged_timeit(scope: str = ""):
    def decorator(func):
        @wraps(func)
        def wrapper(*args, **kwargs):
            with time_measure(f"{scope}.{func.__name__}"):
                return func(*args, **kwargs)
        return wrapper
    return decorator

# 使用示例
@logged_timeit(scope="data_service")
def fetch_from_database():
    time.sleep(0.6)  # 模拟慢查询

fetch_from_database()
# 日志输出: WARNING:performance:🚨 data_service.fetch_from_database 耗时: 600.15ms (超过500ms)

高级特性扩展

1. 参数感知统计
def benchmark_with_args(func):
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        arg_str = ", ".join([str(arg) for arg in args[:3]])
        start_time = time.perf_counter()
        result = func(*args, **kwargs)
        elapsed = (time.perf_counter() - start_time) * 1000
        print(f"⏱️ {func.__name__}({arg_str}...) 耗时: {elapsed:.2f}ms")
        return result
    return wrapper
2. 性能分析集成
import cProfile

def profile_deco(func):
    """集成cProfile性能分析"""
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        profiler = cProfile.Profile()
        result = profiler.runcall(func, *args, **kwargs)
        profiler.print_stats(sort='cumulative')
        return result
    return wrapper
3. 统计结果聚合
from collections import defaultdict

stats = defaultdict(list)

def aggregated_timeit(func):
    @wraps(func)
    def wrapper(*args, **kwargs):
        start_time = time.perf_counter()
        result = func(*args, **kwargs)
        elapsed = (time.perf_counter() - start_time) * 1000
        stats[func.__name__].append(elapsed)
        return result
    return wrapper

# 调用后可通过 stats 查看所有方法的耗时统计

方案对比表

特性基础版增强版专业版生产级
同步方法支持
异步方法支持
调用层级可视化
日志系统集成
性能阈值告警
适合生产环境

最佳实践建议

  1. 开发调试:使用专业版获得详细调用树
  2. 生产环境:使用生产级集成到日志系统
  3. 性能优化:结合profile_deco进行热点分析
  4. 注意事项
    • 避免在装饰器内进行耗时操作
    • 高频调用方法慎用(可采样统计)
    • 分布式系统需结合TraceID实现全链路追踪

根据实际需求选择合适的装饰器实现,小型项目用基础版即可,复杂系统推荐生产级方案。

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