2024年Clojure状态调查!中分享您的想法。

欢迎!请参阅关于页面以获取更多关于如何使用本站的信息。

+9
集合
上次修订

我发现持久化集合之间的结构相等进行较少的假设,这导致了效率低下的实现,尤其是在向量和映射中。

实现的要点是通过方法调度直接遍历底层数组。

这些实现可能不是最漂亮的或最符合惯例的,但它们是高效的。如果实现为Java,它的外观可能会有所不同。

我尝试了这些替代实现,并发现了巨大的速度提升

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))))

当比较向量或向量x列表时,此方法工作良好。
当前实现通过从0到计数的循环遍历并逐个调用nth,这导致每次调用nth都会调用arrayFor()。而reduce和迭代器在每次数组中仅获取一次底层数组。

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,实现直接遍历底层的数组结构。
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。
此实现避免将映射转换为序列,并且不分配条目。

序列

当接收者是一个列表时,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。随着大小的增加回报将会逐渐减少,但是在n=64时,vec-eq是=的两倍快。
在更大的映射中,map-eq比当前实现快2-3倍,在小映射中则快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)))

优化的实现仍然以巨大的优势获胜

这个子集中的(map =)已经被移动到https://clojure.atlassian.net/browse/CLJ-2790

3 个答案

+1

小更新 - 写了一点点Java,使用test.check生成地图,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,只测试了基本很小的集合大小。当集合大小达到1,000, 10,000, 100,000等时,情况又是如何呢?

我怀疑,如果你比较的是真正利用“结构共享”功能的情况,结果可能会有很大的不同。例如,创建一个向量并更新最后一个元素,然后进行比较?这可能是你的实现的最坏情况,但对于目前的情况来说相当好。对于map也是一样。

话虽如此,优化的“reduce”实现相对较新,所以在某些地方可能比旧的东西更高效。但在得出结论之前,请确保验证更多的场景。

遗憾的是,如果你查看equiv的实现,你会发现它没有使用结构共享进行短路,这又是一种可能的优化。
正如我在原始帖子中提到的,向量相等,例如,通过最多调用nth() N次来实现。
现在对1e4个元素进行了检查,vec-eq快约20%,而iter-eq快约60%。
对于1e5个元素,有类似的结果。
对于1e5个映射元素,map-eq所需时间仅为`=`所需时间的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,但我认为那需要深入研究每个实现的特定细节,可能对只实现接口的特殊类型可能会失败。我检查了CLJS实现,它已经使用了一个基于迭代器的版本。
0

除非不链接或在应用程序需求驱动下,否则微优化PR难以考虑。这种增强功能的考虑阈值很高。

btw,这些实现显然是错误的

user=> (vec-eq [1 2 3] [1 2 3 4])
true
user=> (map-eq {1 2} {1 2 3 4})
true
我认为考虑这一问题的人熟悉equiv()的实现方式。我省略了计数检查,就像我省略了instanceof检查一样。这些只是一些概念验证,表明性能低下,应该考虑。
应用程序需求?使用集合作为键或集合成员性能很差。
我在这里以一个欢迎优化的人的口吻说以下的话

过去,从应用需求或问题陈述方面开始激发优化更加有效率。也许我们能将等价的改进提高2倍,但这也只影响到现实应用总运行时间的0.1%。在这种情况下,即使是10倍的改进也不值得投资。(审查是一大项投入;Fogus,Alex和Rich为票据投入了大量时间,保证其严谨性)

使用集合作为键或集合成员真的会自动使应用变慢吗?在这种现实中,优化可能很有吸引力,但我怀疑并非如此。大约在1.6版本时,由于真实应用中的性能问题,哈希实现进行了更改。作为多年来一直致力于Clojure性能改进的人,我的建议是:与问题/应用保持联系,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提高。转向基于reduction或迭代的路径在历史上非常有帮助。但也要开明地考虑这种可能性可能对应用没有影响。
这很有道理。
就受益于这个改进的应用而言,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
- 激活组函数: https://github.com/cerner/clara-rules/blob/main/src/main/clojure/clara/rules/engine.cljc#L2113
在这里曾用此作为键: https://github.com/cerner/clara-rules/blob/main/src/main/clojure/clara/rules/memory.cljc
core.logic:在lvars可以是集合的索引关系中 https://github.com/clojure/core.logic/blob/master/src/main/clojure/clojure/core/logic/pldb.clj

在这些中我只对odoyle进行了剖析。虽然它仍有优化的空间,但它在pcequiv()中大约花费了约10%的时间。

主要省略一个“完整”解决方案的原因是时间。我认为这已经足够表明可以带来很大的改进。然后我将它提交给核心团队,并期待以下三种可能的回应之一
1. 好的发现,但暂时无需担心。
2. 好的,继续发送完整的补丁和综合基准测试。
3. 我们自己来做。

我不介意任何这些回复,但正如你所说,审查是一项巨大的承诺,对我来说,开展工作也不会是一件轻而易举的事情。我不想在一个可能长时间呆在待办事项列表中的补丁上投入大量努力,因为这个核心团队已经非常忙碌,问题优先级又很低。

如果有兴趣,我将乐意制作完整的补丁以及性能测试矩阵。
我认为对等性优化可能会有一定的兴趣。我也认为保持当前的泛化性(即“做出很少假设”的同义词)是一项挑战。同时考虑到我们在这个类型(Java相关)、封闭类型(我们控制的类型)和开放类型(外部Clojure集合)上实施,以及普通优化(“挑战”并不意味着不这样做)。当然,不真正介入问题,就不可能深入了解策略的选择如何影响性能,尤其是在小型集合中。

正如Ghadi所说,了解这种更改对实际内容的影响,可以帮助我们判断其优先级。当我研究这类事情时,我通常会为Clojure编写一些脚本来收集调用的分布,然后执行一些操作来查看等号在什么类型/大小在分布中调用得多频繁。看起来你已经做了一些这种工作,更多将是有用的。

你提出的某些实现重写看起来是直观的好选项,如果你了解情况,但我怀疑有很多不同的选择,取决于你可以做出的假设(具体的混凝土类型、可减少的、可迭代的、序列化的等)。我们通常会尝试列举一些这些。
Clojure 1.6中 hashing更改引发的用例之一涉及大量使用集合的集合,这一点在八皇后问题(基准测试是在https://github.com/jafingerhut/chess-clojure)中得到了证明。
...