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集合
重新标签

我发现持久化集合间的结构相等都做很少的假设,这导致实现效率低下,尤其是对于向量和映射。

实现的核心是通过对基本数组进行迭代的方法来进行分派。

这些实现可能看起来不太美观或不那么符合惯例,但它们是高效的。无论如何,如果它在Java中实现,它的模样可能都不同。

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,这很有效。
当前的实现通过0到计数的循环,并对每个元素调用nth。nth每次都调用arrayFor(),而reduce和迭代器每个数组只获取一次支持数组。

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,实现也直接遍历基本数组结构。
当前的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。
此实现避免将映射转换为序列,并且不会分配条目。

序列

当接收者是列表时,要比较的对象和接收者将被转换为序列。

通过迭代器比较其他集合可能更有效。

(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,但仍然在n=64时,vec-eq比=快两倍。
map-eq对于较大的映射也是2-3倍快,对于较小的映射可高达10倍快

(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)))

优化后的实现仍以巨大的优势获胜

这个子集(map =)已经被移动到 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 |

equiv的实现是专门的

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很有限,仅测试了基本的小集合大小。当涉及到1.000,10.000,100.000等项时,情况如何?

我怀疑,如果你比较真正利用“结构共享”的事物,情况会有很大不同。例如创建一个向量并更新最后一个元素,然后比较?这应该是你的实现中的最坏情况,但对于当前情况来说相当好。对于映射也是如此。

话虽如此,优化的“reduce”实现相对较新,所以它们在某些地方可能比旧的东西更有效。只是确保在得出结论之前验证更多场景。

遗憾的是,如果你看过equiv的实现,会发现它并没有利用结构共享来实现短路,这是另一种可能的优化。
就像我在原文中提到的那样,向量等值,例如,通过最多调用`nth()` N次来实现。
对于1e4元素进行了检查,vec-eq大约快20%,而iter-eq快60%。
1e5元素也有类似的结果
对于1e5个映射元素,map-eq只需`=`所需的40%时间,其中`m2 <- (assoc m1 (key (last m1)) 7)`
哎呀,我盲目地认为结构共享会起作用,但我想那可能需要深入到每个实现的细节,并且对于只是实现接口的特殊类型可能无法成功。我检查了CLJS实现,它已经使用基于迭代器的版本。
0

在没有连接或不由应用需求驱动的情况下,微优化PR很难考虑。这种增强的考虑门槛很高。

顺便说一下,这些实现明显是错误的

user=> (vec-eq [1 2 3] [1 2 3 4])
true
user=> (map-eq {1 2} {1 2 3 4})
true
我假设考虑这个问题的都是熟悉equiv()的实现的。我省略了计数检查,就像我省略了instanceof检查一样。这些只是为了证明概念,表明有很多性能还摊在地板上,应该加以考虑。
应用需求?使用集合作为键或集合成员性能很差。
我在这里用一种欢迎优化的口吻说:

过去,从应用需求或问题陈述方面开始推动优化更加富有成效,而不是从实现方面开始。或许我们可以在等价性方面实现2倍的提升,但这仅影响实际应用总运行时间的0.1%。在这种情况下,即使是10倍的提升也不值得投资。(审查是一项巨大的承诺;Fogus、Alex和Rich在为议题引入严谨性上投入了大量时间)

使用集合作为键或集合成员是否会使应用程序自动变慢?在实际应用中,这种优化似乎很有吸引力,但我不这么认为。大约在1.6版本时,由于实际应用中的性能问题,哈希实现发生了变化。作为多年来致力于Clojure性能改进的人,我的一般建议是:与问题和应用程序保持联系,并从这一框架开始。

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的改进。向基于reduce或迭代器的路径转移在历史上非常有帮助。但也要开放地考虑它可能根本不会影响到应用程序的可能性。
这很合理。
至于可能从这次改进中受益的应用,我认为规则引擎和core.logic排在最前面。
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
在这里用作激活组的键: https://github.com/cerner/clara-rules/blob/main/src/main/clojure/clara/rules/memory.cljc
core.logic: 在关系中进行索引,其中lvars可以集合 https://github.com/clojure/core.logic/blob/master/src/main/clojure/clojure/core/logic/pldb.clj

在这些中我只对odoyle进行了分析。虽然它还有优化的空间,但它花费了大约~10%在pcequiv()上。

我省略了“完整”解决方案的原因主要是时间。我认为这已经足够说明了一个巨大的潜在改进。然后我向核心团队呈现这个,期望有三种可能的回应
1. 很好的发现,但现在不必为此烦扰。
2. 好的,发送一个全面修复方案和综合性基准测试。
3. 我们自己来做。

我不介意这些回答中的任何一种,但你说的没错,审阅项目是一项巨大的负担,对我来说也是一项艰巨的任务。我不想在一个可能长期搁置在待办事项清单中的补丁上投入大量精力,因为这个核心团队已经忙于其他工作,而且该问题的优先级较低。

如果有兴趣,我会乐意编写一个包含性能测试矩阵的完整补丁。
by
我认为对等性优化肯定会吸引人们的兴趣。我认为同时保持当前的泛型性(即“几乎不做出假设”)也是一项挑战,并且考虑到我们是在控制类型和闭包类型(Java 东西)上实现,而不是开放类型(外部 Clojure 集合)。泛型通常与像这种具体优化相冲突,而“挑战”并不意味着我们不能这样做。 :)但我认为你不真正参与到这个问题中,不进入真实实现是不可能的,在那里你可以看到策略的选择如何影响性能,尤其是在小型集合上。

正如 Ghadi 所说,了解这样的变化对实际内容的实际影响,可以帮助我们判断其优先级。当我研究这类问题时,我通常会黑客帝国化 Clojure 来收集调用点的分布,然后运行一些测试,看看“=”是如何频繁调用的以及调用的是哪些类型/大小。看起来你已经做了点这方面的,更多将很有用。

你提出了一些实现重写的建议,如果你知道一些东西,这些似乎在实践中是直观的好选择,但我怀疑根据你可以做出的假设有很多不同的选择(具体具体类型,可还原型,可迭代型,可序列型等)。我们通常会尝试列出一些这样的。
by
Clojure 1.6 中进行散列更改的一个使用案例涉及集合的集合的大量使用,这在 N-queens 问题中得到了展示(基准是https://github.com/jafingerhut/chess-clojure)。
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