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我发现持久化集合之间的结构等价只做了很少的假设,这导致了效率低下的实现,特别是对于矢量和映射。

实现的要点是通过直接遍历底层数组的函数来分派。

这些实现并不美观或最符合常规,但它们是高效的。如果这个实现得到实施,Java中的实现看起来也会有所不同。

我尝试了这些替代实现,并发现了显著的加速

矢量

(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))))

当比较矢量和列表的组件时,这种方法效果很好。
当前实现从一个循环0到计数,并对每个元素调用nth。nth每次都调用arrayFor(),而reduce和迭代器每次都获取一次底层数组。

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,并通过Map接口从其他映射中获取条目。
这种实现避免了将映射转换为序列,并且不分配条目。

序列

当接收者是列表时,与之比较的对象和接收者将被转换为序列。

通过迭代器与其他集合进行比较可能会更有效率。

(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在这两种情况下都获胜。在大小增加时,收益递减,但仍然在n=64时,vec-eq比=快两倍。
map-eq在较大的映射中也快2-3倍,对于较小的映射快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)))

补充
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优势获胜

此中的一个(map =)子集已被移动到 https://clojure.atlassian.net/browse/CLJ-2790

3 个答案

+1

小型更新 - 编写了一些 Java 代码,使用 test.check 生成映射,以下是部分结果

 | 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 的一个特化

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,只测试了基本的小集合大小。如果你增加到 1,000、10,000、100,000 等项目,情况会怎样呢?

我怀疑如果你比较真正利用“结构共享”的项目,结果会有很大不同。例如创建一个向量并更新最后一个元素,然后进行比较?这可能是你的实现的最坏情况,但对当前方法是相当好的。同样适用于映射。

话虽如此,优化的“reduce”实现相对较新,所以它们可能在某些地方比旧版本更高效。只是在得出结论之前,确保验证更多的场景。

遗憾的是,如果你看看equiv的实现,会发现它没有使用结构共享来短路,这又是另一种可能的优化。
正如我在原始帖子中提到的,向量等式,例如,通过最多调用N次`nth()`来实现。
现在已检查1e4个元素,vec-eq的速度大约快20%,而iter-eq的速度快到60%。
对于1e5个元素,结果类似。
对于1e5个映射元素,map-eq所用的时间只占`= `的40%,其中`m2 <- (assoc m1 (key (last m1)) 7)`。
哎呀,我有点盲目地假设结构共享会起作用,但我猜那样可能需要深入到每个实现的细节,并且会对只实现接口的特殊类型失败。我已经检查了CLJS实现,它已经使用了一种基于迭代器版本。
0

除非与连接或不由应用程序需求激发,否则微优化PR很难考虑。这种增强功能的考虑门槛很高。

顺便说一下,那些实现很简单就有缺陷

user=> (vec-eq [1 2 3] [1 2 3 4])
true
user=> (map-eq {1 2} {1 2 3 4})
true
我假设考虑这个问题的所有人都了解equiv()的实现方式。我忽略了计数检查,就像我忽略了`instanceof`检查一样。这些只是证明概念,表明有许多性能有待提高,应该予以考虑。
应用程序需求?使用集合作为键或集合成员性能很差。
我用一种欢迎优化的语调来说下面的话

过去,从应用需求或问题描述方面开始进行优化比从实现方面开始更有效。也许我们发现等价性有2倍的改进,但这只影响现实世界应用总运行时间的0.1%。在这种情况下,即使10倍改进也不值得投资。(审查是一项巨大的承诺;Fogus、Alex和Rich投入了大量的时间来严格审查票据)

使用集合作为键或集合成员是否会使应用程序变慢?在这种实际情况中,优化可能很有吸引力,但我怀疑并非如此。大约在1.6版本,由于在现实世界应用程序中遇到性能问题,哈希实现发生了变化。作为多年来致力于Clojure性能改进的人,我的总体建议是:保持与问题和应用程序的联系,并从这一点开始。

不要“省略”正确性——基准测试将无效。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改进。转向基于reduce或基于迭代器的路径在历史上一直非常有帮助。但要开放心态,考虑它可能对应用程序来说并不重要。
这很有道理。
至于可能从这种改进中受益的应用程序,我认为规则引擎和core.logic排在首位。
例子
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
曾用来在此处生成激活组作为键:https://github.com/cerner/clara-rules/blob/main/src/main/clojure/clara/rules/memory.cljc
core.logic: 对可以是集合的lvars的索引关系 https://github.com/clojure/core.logic/blob/master/src/main/clojure/clojure/core/logic/pldb.clj

在所有这些中,我只分析了odoyle。虽然它仍有改进的空间,但它大约在pcequiv()上花费了约10%的时间。

我省略了“完整”解决方案的原因主要是时间。我认为这足以表明巨大的潜在改进。然后我将它提交给核心团队,期望有三种可能的回应
1. 发现很棒,但目前不必麻烦。
2. 好吧,发送一个包含全面基准测试的完整补丁。
3. 我们自己来处理。

我不介意这些回应中的任何一种,但正如你所说,审查是一项巨大的承诺,对我来说,处理它也不会是一件小事。我不想在可能长期置身于积压中的补丁上投入大量精力,因为核心团队任务繁重,这个问题的优先级又低。

如果有兴趣,我很乐意开展完整的补丁,并包含性能测试矩阵。
我认为会对等优化产生兴趣。我也认为在当前泛化(“做出最少假设”的同义词)以及考虑到我们是在控制类型和不在控制的闭包类型(Java相关)以及不在控制的开放类型(外部Clojure集合)上实现这一点具有挑战性。泛化通常与具体的优化(如这项优化)发生冲突,而“具有挑战性”当然并不意味着就不去做。 :) 我认为如果不深入了解真正的实现,你不可能真正处理这个问题,在这些实现中你可以看到选择策略如何影响性能,特别是在小型集合中。

正如Ghadi所说的,了解此类变更在实际物品中的影响,有助于判断其优先级非常有用。当我研究这类事情时,我通常会对Clojure进行修改以收集调用点的分布,然后运行一些东西来查看 = 被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,如果你知道某些知识,这似乎是直觉上好的选择,但我怀疑根据你可以做出哪些假设(特定的具体类型、可递归的、可迭代的、可序列的等),会有很多选择。我们通常会尝试列举其中的一些。
一个使用场景激发了Clojure 1.6中哈希变化的动机,这涉及到大量使用集合的集合,这在N-queens问题(基准是https://github.com/jafingerhut/chess-clojure)中得到了演示。
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