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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性假设很少导致低效实现,尤其是对于向量和映射。

实现的重点是通过方法直接遍历底层数组进行调度。

这些实现的代码可能不是最漂亮或最符合惯例的,但它们是高效的。如果这得以实现,在Java中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

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))))

当比较向量和向量加列表时,这效果很好
当前实现从0到count进行循环,并对每个元素调用nth。nth每次都会调用arrayFor(),而reduce和迭代器每次只获取一次数组的支持数组。

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,实现也直接遍历底层数组的结构。
当前实现将数组转换为序列然后遍历它,同时通过Map接口从另一个映射中获取条目。
此实现避免了将映射转换为序列,并且不会分配条目。

序列

当接收者是列表时,与之比较的对象和接收者将被转换为序列。

与通过迭代器比较其他集合可能会更高效

(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。随着大小增加,收益逐渐减少,但即使在n=64时,vec-eq的速度也是=的两倍。
map-eq在较大的映射中也是2-3倍快,在较小的映射中快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
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优势获胜

本集的一个子集已经被移动到https://clojure.atlassian.net/browse/CLJ-2790

3 个答案

+1

小型更新 - 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的一个专门化

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

我没有验证您的结果,但您的基准测试范围相当有限,仅测试了基本的小集合大小。如果扩展到1.000、10.000、100.000等项数,情况将如何呢?

我怀疑,如果您比较真正利用“结构共享”的东西,情况将会有很大的不同。例如创建一个向量,更新最后一个元素然后进行比较?这应该是您实现的糟糕情况,但对于当前的情况却是很好的。对映射也如此。

尽管如此,优化的"reduce"实现相对较新,因此在某些地方可能比旧代码更有效率。只是在使用结论之前,请确保验证更多场景。

遗憾的是,如果查看equiv的实现,您会看到它没有使用结构共享来进行短路运算,这是另一种可能的优化。
如我在原文中的帖子所述,向量相等,例如,是通过最多调用`nth()`N次来实现。
现在已针对1e4元素进行检查,vec-eq的速度大约快20%,而iter-eq的速度快60%。
对于1e5元素也有类似的结果
对于1e5映射元素,map-eq所需时间仅为`=使用时间的40%,其中`m2 <- (assoc m1 (key (last m1)) 7)`
哎呀,我盲目地假设结构共享将会工作,但我认为这可能需要对每个实现的细节了解得过多,并且对于仅仅实现接口的特殊类型将会失败。我检查了CLJS实现,它已经使用了一个基于迭代器版本的。
0

除非由应用需求或动机激发,否则考虑微优化PR是非常困难的。考虑这种增强的门槛很高。

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
我以为考虑到这个问题的所有人都会了解equiv()是如何实现的。我省略了计数检查,就像我省略了instanceof检查一样。这些只是证明概念的,即性能存在很多潜在问题,应该考虑。
使用集合作为键或集合成员会严重影响性能。
以下表述带有欢迎优化的语气

在以前,从应用需求或问题陈述方面启动优化会更有效,而不是从实现方面。也许我们找到2倍的性能提升,但是它影响实际应用总运行时间的0.1%。在这种情况下,甚至10倍的性能提升也不值得投资。(评审是一个巨大的承诺;Fogus,Alex,和Rich在为票据带来严谨性上投入了大量的时间)

使用集合作为键或集合成员是否会自动使应用变慢?在那种情况下,优化会很有吸引力,但我怀疑不是这样。大约在1.6的时候,由于真实应用程序中遭受的性能问题,hash实现发生了变化。作为多年来致力于Clojure性能改进的人,我的建议是:保持与问题和/或应用程序的连接,并从该框架开始。

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/正确性检查。

虽然如此,我并不是说没有一些潜在的改进。向基于减少或基于迭代器的路径前进在历史上非常有益。但要开放心态,可能对于应用程序来说这并不重要。
by
这很有道理。
至于可能从这项改进中受益的应用程序,我认为规则引擎和core.logic是首选。
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
此处以前用作激活组的键: https://github.com/cerner/clara-rules/blob/main/src/main/clojure/clara/rules/memory.cljc
core.logic: 在可变集合中索引关系 https://github.com/clojure/core.logic/blob/master/src/main/clojure/clojure/core/logic/pldb.clj

在这之中我只分析了odoyle。虽然它仍有优化空间,但它的大约10%时间花在pcequiv()上

我省略“完整”方案的主要原因主要是时间。我认为这足以表明可能的重大改进。然后我把它展示给核心团队,期待以下三种可能的回应之一
1. 好的发现,但现在不必麻烦。
2. 继续前进,发送带有全面基准测试的完整补丁
3. 我们自己来做

我不介意任何这三种回应,但是正如你所说的,审查是项重大承诺,对此进行工作对我来说也不是一件小事。我不想在一个可能长期躺在积压列表中的补丁上投入大量的精力,因为核心团队手头的工作已经很多了,且该问题的优先级较低。

如果感兴趣,我很乐意编写一个完整的补丁,带有性能测试矩阵
by
我认为对等性优化会受到关注。我也认为保持当前的泛型性(“做出很少的假设”的同义词)具有挑战性,同时还要考虑到我们在我们所控制的类型上实现这一点,在闭包类型上不实现(Java的东西),在开放类型上不实现(外部Clojure集合)。泛型性与具体优化(如这个)经常发生冲突,而“具有挑战性”当然并不意味着不做。 :) 我认为除非你真的进入真正的实现,否则无法真正参与这个问题,在那里你可以看到策略的选择如何影响性能,尤其是在小的集合上。

正如Ghadi所说,了解这种变化对实际事物的影响,有助于判断其优先级。我在研究这类事物时,通常会对Clojure进行修改以收集调用点的分布情况,然后运行一些程序来查看等号 (=) 的调用频率以及分布的哪些类型和大小。看起来你已经做了一些类似的工作,更多的这类工作将是有用的。

你提出了一些实现重写的建议,如果了解某些内容,这些方案似乎直观上是不错的选择。但我怀疑,根据你能够做出的各种假设(具体的具体类型、可缩减性、可迭代性、可序列性等),会有许多不同的选择。我们通常会尝试列出其中的一些。
by
Clojure 1.6中对哈希修改的一个使用案例涉及到对集合的集合的大量使用,这在N皇后问题中得到了演示(基准测试在https://github.com/jafingerhut/chess-clojure)。
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