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+9
集合
重新标记

我发现持久性集合之间的结构等性做出了非常少的假设,这导致了低效的实现,特别是对于向量和映射。

实现的要点是通过方法直接迭代底层数组进行分发。

这些实现可能不是最漂亮的或最符合惯例的,但它们是高效的。如果用Java实现,看起来会不同。

我尝试了这些替代实现,并发现速度有了显著提升

向量

(let [die (clojure.lang.Reduced. false)]
  (defn vec-eq
    [^PersistentVector v ^Iterable y]
    (let [iy (.iterator y)]
      (.reduce v (fn [_ x] (if (= x (.next iy)) true die)) true))))

当比较向量和向量与列表时,这效果很好。
当前实现通过从0到count的循环调用nth,每个元素调用一次。nth每次都调用arrayFor(),而reduce和迭代器每次只从底层数组获取一次。

映射

(let [o (Object.)
      die (clojure.lang.Reduced. false)
      eq (fn [m2] (fn [b k v]
                   (let [v' (.valAt ^IPersistentMap m2 k o)]
                     (if (.equals o v')
                       die
                       (if (= v v') true die)))))]
  (defn map-eq
    [m1 m2]
    (.kvreduce ^IKVReduce m1 (eq m2) true)))

在这里,实现也直接遍历底层数组结构。
当前实现将数组转换为序列,然后迭代它,同时通过Map接口从另一个映射获取条目。
此实现避免了将映射转换为序列,并且没有分配条目。

序列

当接收者是列表时,与其比较的对象和接收者将被转换为序列。

通过与迭代器比较其他集合可能更高效。

(defn iter-eq
  [^Iterable x ^Iterable y]
  (let [ix (.iterator x)
        iy (.iterator y)]
    (loop []
      (if (.hasNext ix)
        (if (= (.next ix) (.next iy))
          (recur)
          false)
        true))))

基准测试

使用criterium,vec-eq在两种情况下都获胜。随着大小的增加,收益递减,但即使在n=64处,vec-eq的速度也比=快两倍。
map-eq对于较大的映射也要快2-3倍,对于较小的映射要快10倍以上。

(doseq [n [1 2 4 8 16 32 64]
        :let [v1 (vec (range n))
              v2 (vec (range n))]]
  (println 'iter-eq n (iter-eq v1 v2))
  (cc/quick-bench (iter-eq v1 v2))
  (println 'vec-eq n (vec-eq v1 v2))
  (cc/quick-bench (vec-eq v1 v2))
  (println '= n (= v1 v2))
  (cc/quick-bench (= v1 v2)))


(doseq [n [1 2 4 8 16 32 64]
        :let [v1 (vec (range n))
              v2 (list* (range n))]]
  (println 'iter-eq n (iter-eq v1 v2))
  (cc/quick-bench (iter-eq v1 v2))
  (println 'vec-eq n (vec-eq v1 v2))
  (cc/quick-bench (vec-eq v1 v2))
  (println '= n (= v1 v2))
  (cc/quick-bench (= v1 v2)))
(doseq [n [1 2 4 8 16 32 64]
        :let [m1 (zipmap (range n) (range n))
              m2 (zipmap (range n) (range n))]]
  (cc/quick-bench (map-eq m1 m2))
  (cc/quick-bench (= m1 m2)))

追加
还检查了以下情况

(doseq [n [10000 100000]
        :let [v1 (vec (range n))
              v2 (assoc v1 (dec (count v1)) 7)]]
  (cc/quick-bench (vec-eq v1 v2))
  (cc/quick-bench (iter-eq v1 v2))
  (cc/quick-bench (= v1 v2)))

(doseq [n [100000]
        :let [m1 (zipmap (range n) (range n))
              m2 (assoc m1 (key (last m1)) 7)]]
  (cc/quick-bench (map-eq m1 m2))
  (cc/quick-bench (= m1 m2)))

优化的实现仍然以压倒性的优势获胜

这个子集之一(map =)已被移至 https://clojure.atlassian.net/browse/CLJ-2790

3 个答案

+1

小更新 - 写了一些Java代码,使用test.check生成映射,以下是结果

 | size | seed |   time before (us) |     time after (us) | improvement |
 |------+------+--------------------+---------------------+-------------|
 |   10 |    0 | 0.7821998686829845 | 0.36678822554200413 |   2.1325654 |
 |   44 |    1 |  4.330622612178792 |   2.103437417654809 |   2.0588312 |
 |   31 |    2 | 3.0628944543188688 |  1.3886572837898974 |   2.2056518 |
 |   21 |    3 |  2.028679128233322 |  0.9572009284455004 |   2.1193869 |
 |   39 |    4 | 3.9265516612189715 |  1.8362321591272501 |   2.1383743 |
 |   18 |    5 | 1.6854334183962798 |  0.8202897942521229 |   2.0546805 |
 |   55 |    6 |  4.908545983501916 |   2.279236807427374 |   2.1535919 |
 |   45 |    7 |  4.464427896621236 |  2.1081167721518987 |   2.1177327 |
 |    6 |    8 | 0.3864066521455632 |  0.1928088585042629 |   2.0040918 |
 |   26 |    9 | 2.7114264338699283 |  1.3179156998000194 |   2.0573595 |
 |   86 |   10 |  8.879776767221973 |   4.380430951657479 |   2.0271468 |
 |   16 |   11 |  1.448846888824073 |  0.6990313285286198 |   2.0726494 |
 |   86 |   12 |  8.340080118652248 |   3.922289043010332 |   2.1263298 |
 |   82 |   13 |  8.249968350056667 |   4.000736723253899 |   2.0621123 |
 |   90 |   14 |  9.004991020408164 |   4.293898687932677 |   2.0971596 |
 |   18 |   15 | 1.8062551014332244 |  0.8815394179030271 |   2.0489783 |
 |   65 |   16 |  6.491169509571479 |   3.130686928716269 |   2.0734010 |
 |    1 |   17 | 0.1196704726877019 | 0.07041214138259107 |   1.6995716 |
 |   12 |   18 | 1.1530046459080272 |  0.6082699042686944 |   1.8955477 |
 |   79 |   19 |  7.466010735312539 |  3.3860477035184937 |   2.2049337 |

实现是equiv的特殊化

private boolean associativeEquiv(Associative m) {
    for(int i=0;i < array.length;i+=2)
        {
            Object k = array[i];
            IMapEntry e = m.entryAt(k);
            if (e == null)
                return false;
            if(!Util.equiv(array[i+1], e.val()))
                return false;
        }
    return true;
}

private static Object SENTINEL = new Object();

private boolean mapEquiv(Map m) {
    for(int i=0;i < array.length;i+=2)
        {
            Object k = array[i];
            Object v = m.getOrDefault(k, SENTINEL);
            if (SENTINEL == v)
                return false;
            if(!Util.equiv(array[i+1], v))
                return false;
        }

    return true;
}

@Override
public boolean equiv(Object obj){
    if(!(obj instanceof Map))
        return false;
    if(obj instanceof IPersistentMap && !(obj instanceof MapEquivalence))
        return false;

    Map m = (Map) obj;

    if(m.size() != size())
        return false;

    if (m instanceof Associative)
        return associativeEquiv((Associative) m);
    return mapEquiv(m);
}
0

我没有验证你的结果,但你的基准测试范围相当有限,基本只测试了很小的集合大小。当有1,000,10,000,100,000等项时,情况如何?

我怀疑,如果你比较的是真正利用“结构共享”的东西,情况将大不相同。例如创建一个向量并更新最后一个元素,然后进行比较?这应该是你实现的极限,但对于当前来说相当理想。对于映射也是如此。

话虽如此,优化的“reduce”实现相当新,所以在某些地方可能比旧的东西更有效率。只是在得出结论之前,确保验证更多场景。

遗憾的是,如果你查看equiv的实现,你会发现它没有利用结构共享来简化过程,而这也是一种可能的优化方法。
正如我在原始帖子中提到的,向量的等价性,例如,是通过最多调用`nth()` N次来实现的。
现在对1e4个元素进行了检查,vec-eq的速度大约快20%,而iter-eq的速度要快60%。
对于1e5个元素,也有类似的结果
对于1e5个映射元素,map-eq只需要`=`用时的一半,其中`m2 <- (assoc m1 (key (last m1)) 7)`
哎呀,我盲目地假设结构共享会起作用,但我想这可能需要深入到每个实现的细节,并可能在只实现接口的特殊类型中失败。我已经检查了CLJS的实现,它已经使用了基于迭代器的版本。
0

在不连接或不受应用程序需要的情况下,微优化PR很难考虑。考虑到此类增强的阈值很高。

顺便说一下,那些实现是明显错误的

user=> (vec-eq [1 2 3] [1 2 3 4])
true
user=> (map-eq {1 2} {1 2 3 4})
true
我认为正在考虑这个问题的人熟悉equiv()的实现方式。我省略了计数检查,就像我省略了instanceof检查一样。这些都只是概念验证,表明还有很高的性能浪费在地面上,应该予以考虑。
应用需求?将集合用作键或集合成员的性能不佳。
我说以下有点欢迎优化的味道。

在过去,从应用需求或问题陈述端开始促使优化更为有效,而不是从实现端入手。也许我们在等价性方面找到了2倍的性能提升,但它仅影响真实应用总体运行时间的0.1%。在这种情况下,即使是10倍的提升也是不值得投资的。(审阅是一项巨大的承诺;Fogus、Alex和Rich花了很多时间使票据更具严谨性。)

将集合用作键或集合成员会自动使应用变慢,这是真的吗?在现实中,优化可能会很有吸引力,但我怀疑这不是真相。在大约1.6版本时,由于现实应用中遭受的性能问题,我们改变了散列实现。多年来,我一直致力于为Clojure改进性能,我的总体建议是:保持与问题和应用的联系,并从该框架开始。

请不要“省略”正确性——基准测试将是无效的。使用生成测试来指导兼容性和正确性检查。

话虽如此,我并不认为没有一些潜在的改进。使用基于reduce或迭代器的路径在历史上非常有帮助。但是,要开放心态,考虑到它可能对应用来说并不重要。
这很合理。
就适用于此改进的应用程序而言,我认为规则引擎和core.logic位居榜首。
示例
odoyle https://github.com/oakes/odoyle-rules/blob/master/src/odoyle/rules.cljc#L377
Clara
- activation-group-fn: https://github.com/cerner/clara-rules/blob/main/src/main/clojure/clara/rules/engine.cljc#L2113
此处曾用作激活组的键: https://github.com/cerner/clara-rules/blob/main/src/main/clojure/clara/rules/memory.cljc
core.logic: 索引关系,其中lvars可以是集合 https://github.com/clojure/core.logic/blob/master/src/main/clojure/clojure/core/logic/pldb.clj

在这些中,我只对odoyle进行了性能分析。虽然它仍有优化空间,但它大约花费了10%的时间在pcequiv()上。

我省略“完整”解决方案的主要原因主要是时间。我认为这足以说明可能的重大改进。然后我将它呈现给核心团队,并期望三种可能的回应
1. 很好的发现,但现在不必费心。
2. 好吧,发送一个全面的补丁和全面的基准测试。
3. 我们将自行完成。

我不介意这些回应中的任何一种,但你说的没错,审查是一项巨大的承诺,对此我来说也不是一件轻而易举的任务。我不想在可能长时间闲置在待办事项列表中的补丁上投入大量精力,因为核心团队已经非常忙碌,而这个问题的优先级又很低。

如果有兴趣,我很乐意完成包含性能测试矩阵的全补丁。
我认为对等优化会受到人们的关注。我也认为同时保留当前泛型性(即“做很少的假设”的同义词)并考虑到我们在这个领域实现类型(我们控制),闭合类型(我们不控制,即Java相关内容)和开放类型(我们不控制,即外部Clojure集合)是有挑战性的。泛型性与像这种具体的优化方法通常是相互对抗的,而“挑战性”并不意味着不去做,当然。:) 然而,我认为没有真正深入实施方案,你只能看到策略选择如何影响性能,尤其是对小型集合来说。

正如Ghadi所说,了解这种变化可能对实际事物产生多大的影响是很有帮助的,以判断其优先级。当我研究这类事情时,我通常会对Clojure进行改造,收集调用点的分布情况,然后运行一些东西以查看等号运算符调用的频率以及分布中的哪些类型/大小。

你提出了一些实现重写的建议,如果了解这些事情,这似乎是一个直观的好选择,但据我猜测,根据您能做出的假设(特定具体类型、可缩减的、可迭代的、可序列化等)有多种选择。我们通常会尝试罗列出其中的一些。
在Clojure 1.6中对散列的更改中的推动作用的一个用例涉及大量使用集合的集合,这在N-queens问题(基准网址为https://github.com/jafingerhut/chess-clojure)中得到展示。
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