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+9
集合
重新标记

我发现持久化集合之间的结构相等都做了很少的假设,这导致了效率不高的实现,尤其是对于数组和映射。

实现的重点是通过方法进行派发,这些方法直接迭代底层数组。

这些实现可能不是最漂亮或最常见的,但它们是高效的。如果真的这样实现了,Java中的表现方式可能也会不同。

我尝试了这些替代实现,并发现了显著的加速效果

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+x列表时,这个方法效果很好。
当前实现从0遍历到计数,并对每个元素调用nth。nth每次都调用arrayFor(),而reduce和迭代器每次数组都获取一次支持数组。

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,实现也是直接迭代底层的数组结构。
当前实现将数组转换为seq,然后迭代它,同时通过Map接口从其他映射获取条目。
这个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,与之比较的对象以及接收者都将转换为seq。

通过迭代器与其他集合进行比较可能更高效。

(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在两种情况下都赢了。随着大小的增加,收益递减,但是当n=64时,vec-eq是=的两倍。
map-eq在大映射中快2-3倍,在小映射中快至10倍

(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)))

附录
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)))

优化实现仍然以巨大的差距获胜

此(映射=)的子集之一已移动到 https://clojure.atlassian.net/browse/CLJ-2790

3 答案

+1 投票

小更新 - 写了一些 Java 代码,使用 test.check 生成映射,以下是一些结果

 | 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 投票

我没有验证你的结果,但你的基准测试范围相当有限,并且只测试了基本的小集合大小。当你达到 1,000、10,000、100,000 等项时,情况会怎样?

我怀疑,如果你比较真正利用“结构共享”的事情,那么情况将会有很大的不同。例如,创建一个向量并更新最后一个元素,然后再进行比较?这应该是你的实现的较差情况,但对于当前的实现来说相当好。同样,对于映射也是如此。

话虽如此,优化的“reduce”实现在某些地方可能比旧的实现更有效。只是在得出结论之前,请确保验证更多场景。

遗憾的是,如果你查看equiv的实现,你会看到它没有使用结构共享来短路,这是另一种可能的优化。
就像我在原始帖子中提到的,向量的相等是通过最多调用N次`nth()`实现的。
现在已检查了1e4元素,vec-eq比迭代器快20%,而iter-eq快60%。
对于1e5元素也有类似的结果
对于1e5的映射元素,map-eq只需40%的时间,即`= m2 <- (assoc m1 (key (last m1)))`所需的时间。
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每个实现的细节,并且对于只实现了接口的特殊类型可能会失败。我检查了CLJS实现,它已经使用了基于迭代器的版本。
0 投票

除非不连接或者动机是由应用需求驱动的,否则考虑微型优化PR很难。考虑这种增强的阈值很高。

btw,那些实现明显有缺陷

user=> (vec-eq [1 2 3] [1 2 3 4])
true
user=> (map-eq {1 2} {1 2 3 4})
true
我认为考虑该问题的人对equiv()的实现方式很熟悉。我只是省略了计数检查,就像我省略了instanceof检查一样。这些都只是对有很多性能可以利用的证明,应该予以考虑。
应用需求?使用集合作为键或集合成员有糟糕的性能。
我说下面的话,语气是欢迎优化的

过去,从应用需求或问题陈述方面推动优化更为有效,而不是从实现方面。也许我们在等价性方面找到了2倍的性能提升,但这影响了真实世界应用程序总运行时间的0.1%。在这种情况下,即使10倍的性能提升也不值得投资。(审查是一项巨大的承诺;Fogus,Alex和Rich花了大量时间使票据更具严谨性)

使用集合作为键或集合成员会使应用程序变慢,这种说法是真的吗?在这种情况下,进行优化是很有吸引力的,但我怀疑这不是事实。大约在1.6版本时,哈希实现因为性能问题而更改,这些问题是在一个实际应用中遇到的。作为多年来一直致力于Clojure性能改进的人来说,我的建议是:保持与问题的联系,并从这个框架开始。

不要忽视正确性——基准测试将会无效。使用生成测试来指导兼容性和正确性检查。

话虽如此,我并不是说没有一些潜在的改进。历史上,向基于reduce或基于迭代器的路径迁移非常有帮助。但是,要开放思维,考虑到它可能对应用程序并不重要。
有道理。
至于可能从这种改进中受益的应用,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
这里用来产生活动组的键:https://github.com/cerner/clara-rules/blob/main/src/main/clojure/clara/rules/memory.cljc
core.logic: 对可集合为lvars关系的索引 https://github.com/clojure/core.logic/blob/master/src/main/clojure/clojure/core/logic/pldb.clj

我仅对odoyle进行了性能分析。虽然仍有优化空间,但其约90%时间花在pcequiv()上。

主要原因是因为时间。我认为这足以表明有大的改进空间。然后我会向核心团队提出,希望得到以下三种可能的回应之一
1. 良好的发现,但暂时不需要。
2. 继续前进,发送带有全面基准测试的完整补丁
3. 我们将亲自完成

我不介意任何这些回应,但正如你说的,审查是一项巨大的承诺,而且对我来说,开展工作也不容易。我不希望在一个可能在长时间内因为核心团队很忙且问题优先级低而沉淀在等待列表中的补丁上投入大量的精力。

如果有兴趣,我会很乐意制作带有性能测试矩阵的完整补丁
我认为对等价优化可能会很有兴趣。我也认为保持当前的通用性(其为“很少做假设”的同义词)具有挑战性,还需要考虑到我们正在控制类型上实施,而对于我们不控制的封闭类型(Java内容),以及我们不控制的开放类型(外部Clojure集合)。通用性通常与具体优化(如这个)作斗争,而“具有挑战性”当然并不意味着不要做这件事。 :) 但我认为,如果不能深入到实在的实现中,真正看到策略选择如何影响性能(特别是在小集合中),那么你其实并不能真正参与到这个问题的解决中。

正如Ghadi所说,了解这种变化对实际事物的影响,判断其优先级是非常有用的。当我研究这类问题时,通常我会对Clojure进行黑客攻击,以收集调用点的分布,然后运行一些东西来查看“=”的调用频率以及其分布中的类型/大小。看起来你已经做了一些这样的研究,更多的这将是有用的。

你提出了一些实现重写的建议,如果你知道,这些看起来似乎是直观的好选项,但我怀疑根据你可以做出的假设(特定的具体类型、可减少的、可迭代的、可序列化的等),会有很多种选择。我们通常会尝试列举其中的一些。
by
Clojure 1.6中对哈希的改变所涉及的用例之一涉及大量使用集合集,这在N皇后问题(基准是 https://github.com/jafingerhut/chess-clojure)中得到了展示。
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