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+9
集合
重新标记

我发现持久性集合之间的结构平等假定很少导致效率低下的实现,特别是在对向量和映射进行处理时。

实现的核心是通过方法进行分发,这些方法直接遍历底层数组。

这些实现可能不是最漂亮的或最符合语言的实现方式,但它们很高效。如果这得以实现,在Java中它的样子可能也会不同。

我尝试了这些替代实现,并且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))))

当比较向量和列表时,这种方法非常有效。
当前的实现通过从0到计数的循环,并对每个元素调用nth。nth每次调用都会调用arrayFor(),而reduce和迭代器只需要在每个数组中获取一次支持数组。

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,实现直接遍历底层数组结构。
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在两种情况下都赢了。随着大小的增加,收益递减,但仍然在n=64时,vec-eq比=快一倍。
map-eq在大映射中也要快2-3倍,在小型映射中快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)))

补充说明
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)))

优化后的实现仍然通过巨大的差距取胜

此集合的一个子集(map =)已经被移动到了https://clojure.atlassian.net/browse/CLJ-2790

3 个答案

+1

小幅更新 - 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的专门化

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有限,只测试了极其微小的集合大小。如果测试1.000、10.000、100.000等项,情况将如何?

我怀疑,如果比较实际利用“结构共享”的事物,结果将截然不同。例如,创建一个向量,更新最后一个元素并比较?这对于你的实现来说是极坏的情况,但对于当前的实现则相当完美。对于映射也是一样。

话虽如此,优化的"reduce"实现相当新,所以它们可能在某些地方比旧的东西更高效。只是确保在得出结论之前更多的验证场景。

 
遗憾的是,如果你查看equiv的实现,会发现它没有使用结构共享来短路,这是另一种可能的优化。
正如我提到的原始帖子中所述,向量等价,例如,是通过最多调用`nth()` N次来实现的。
现在已对1e4个元素进行过检查,vec-eq大约快20%,而iter-eq快60%。
对于1e5个元素,结果类似。
对于1e5个映射元素,map-eq只需要`=`所需时间的大约40%,其中`m2 <- (assoc m1 (key (last m1)) 7)`。
 
哎呀,我盲目的假设结构共享能起作用,但我猜那可能需要深入到每个实现的特定细节中,并可能因只实现接口的特殊类型而失败。我检查了CLJS的实现,已经使用基于迭代器的版本。
0

除非与某应用程序的需求不相关或未受到激励,否则很难考虑微优化PR。此类增强的考虑阈值很高。

顺便说一下,那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
 
我认为考虑此问题的人熟悉equiv()的实现方法。我省略了计数检查,就像我省略了`instanceof`检查一样。这些只是证明概念,表明地板上有很多性能可以提升并应予以考虑。
应用程序需求?使用集合作为键或集合成员有较差的性能。
by
我以一个欢迎优化的心情来说以下的话

在过去,从应用需求或问题描述的方面推动优化更加有效,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,但它只影响到真实世界应用程序总运行时间的0.1%。在这种情况下,即使是10倍的提升也不值得投资。(审查是一个巨大的承诺;Fogus、Alex和Rich花费了很多时间为票据带来严谨性)

使用集合作为键或集合成员是否会自动使应用程序变慢?在那样的现实情况下,优化会很有吸引力,但我怀疑并不是这样。大约在1.6版本时,由于实际应用程序中的性能问题,哈希实现发生了变化。作为一名多年来致力于Clojure性能改进的人,我的总体建议是:与问题和应用程序保持联系,并从这个框架开始。

不要“省略”正确性——基准测试将无效。使用生成测试来引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或迭代器的路径迁移在历史上一直非常有帮助。但也要开放思想,认为它可能对应用程序来说无关紧要。
by
这很合理。
至于可能从中受益的应用程序,我认为规则引擎和core.logic位居前列。
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
这里用来产生激活组作为键: https://github.com/cerner/clara-rules/blob/main/src/main/clojure/clara/rules/memory.cljc
core.logic: 对应集中lvars可以是集合的索引 https://github.com/clojure/core.logic/blob/master/src/main/clojure/clojure/core/logic/pldb.clj

在这些之中,我只分析了odoyle。虽然它仍有优化空间,但它大约花费了大约~10%在pcequiv()上

我不提供“完整”解决方案的原因主要是时间。我认为这足以表明可能的大规模改进。然后我将它呈现给核心团队,希望得到以下三种可能的回应之一
1. 很好的发现,但暂时不必理会。
2. 好吧,发送一个包含全面基准测试的完整补丁。
3. 我们自己解决。

我不介意这些回应的任何一种,但正如你所说,审查是一项重大承诺,对我而言,这项工作也不会是微不足道的事情。我不想投入大量的精力在一个可能长时间积压在待办事项中的补丁上,因为核心团队已经非常忙碌,而这个问题的优先级又很低。

如果有人感兴趣,我很愿意做一个完整的补丁,并附带性能测试矩阵。
我认为对于平等优化人们会有兴趣。我还认为在保留当前的通用性(“make very few assumptions”的异义词)以及考虑到我们是在控制类型上实现,对不控制类型(Java相关内容)以及开放类型(外部Clojure colls)上实现这一点上是具有挑战性的。通用性常常会与像这样的具体优化发生冲突,并且“具有挑战性”并不意味着不要做这件事。当然。我想如果你不深入研究实现的真正实施细节,你就无法真正与这个问题打交道,尤其是在小集合上,策略的选择也会影响到性能。

正如Ghadi所说,为了判断其优先级,知道这样的改变对真实事物的影响是有帮助的。当我研究这类问题时,我通常会修改Clojure来收集调用点的分布,然后运行一些相关程序来查看“=”操作了多少次,以及分布中的哪些类型/大小上调用。看起来你已经做了一些这样的工作,更多的帮助会很有用。

你已经提出了一些实施上的重写,如果你知道一些东西,这些看起来像是直觉上的好选择,但我怀疑根据你能做的不同假设(具体的具体类型、可缩减的、可迭代的、可序列的等),可能会有各种各样的选择。我们通常试图列举这些可能性。
Clojure 1.6中哈希变化的一个用例涉及到大集合的使用,这在一篇关于N皇后问题的基准测试(https://github.com/jafingerhut/chess-clojure)中得到了验证。
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