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【译】如何百倍加速 Lo-Dash?引入惰性计算

【译】如何百倍加速 Lo-Dash?引入惰性计算

作者: justjavac | 来源:发表于2015-12-16 09:34 被阅读815次

    原文:How to Speed Up Lo-Dash ×100? Introducing Lazy Evaluation.
    作者: Filip Zawada

    译文:如何百倍加速 Lo-Dash?引入惰性计算
    译者:justjavac


    我一直以为像 Lo-Dash 这样的库已经不能再快了,毕竟它们已经足够快了。
    Lo-Dash 几乎完全混合了各种 JavaScript 奇技淫巧(YouTube)来压榨出最好的性能。

    惰性计算

    但似乎我错了 - 其实 Lo-Dash 可以运行的更快。
    你需要做的是,停止思考那些细微的优化,并开始找出更加适用的算法。
    例如,在一个典型的循环中,我们往往倾向于去优化单次迭代的时间:

    var len = getLength();
    for(var i = 0; i < len; i++) {
        operation(); // <- 10毫秒 - 如何优化到9毫秒?!
    }
    

    代码说明:取得数组的长度,然后重复执行 N 遍 operation() 函数。译注 by @justjavac

    但是,这(优化 operation() 执行时间)往往很难,而且对性能提升也非常有限。
    相反,在某些情况下,我们可以优化 getLength() 函数。
    它返回的数字越小,则每个 10 毫秒循环的执行次数就越少。

    这就是 Lo-Dash 使用惰性计算的思想。
    这是减少周期数,而不是减少每个周期的执行时间。
    让我们看看下面的例子:

    function priceLt(x) {
       return function(item) { return item.price < x; };
    }
    var gems = [
       { name: 'Sunstone', price: 4  },
       { name: 'Amethyst', price: 15 },
       { name: 'Prehnite', price: 20 },
       { name: 'Sugilite', price: 7  },
       { name: 'Diopside', price: 3  }, 
       { name: 'Feldspar', price: 13 },
       { name: 'Dioptase', price: 2  }, 
       { name: 'Sapphire', price: 20 }
    ];
    
    var chosen = _(gems).filter(priceLt(10)).take(3).value();
    

    代码说明:gems 保存了 8 个对象,名字和价格。priceLt(x) 函数返回价格低于 x 的所有元素。译注 by @justjavac

    我们把价格低于 10 美元的前 3 个 gems 找出来。
    常规 Lo-Dash 方法(严格计算)是过滤所有 8 个 gems,然后返回过滤结果的前 3 个。

    Lodash naïve approach

    不难看出来,这种算法是不明智的。
    它处理了所有的 8 个元素,而实际上我们只需要读取其中的 5 个元素就能得到我们想要的结果。
    与此相反,使用惰性计算算法,只需要处理能得到结果的最少数量就可以了。
    如图所示:

    Lo-Dash regular approach

    我们轻而易举就获得了 37.5% 的性能提升。
    但是这还不是全部,其实很容易找到能获得 1000 倍以上性能提升的例子。
    让我们一起来看看:

    // 99,999 张照片
    var phoneNumbers = [5554445555, 1424445656, 5554443333, … ×99,999];
    
    // 返回包含 "55" 的照片
    function contains55(str) {
        return str.contains("55"); 
    };
    
    // 取 100 张包含 "55" 的照片
    var r = _(phoneNumbers).map(String).filter(contains55).take(100);
    

    在这个例子中,mapfilter 用来处理 99,999 个元素。
    不过我们只需要它的一个子集就可以得到想要的结果了,例如 10,000 个,
    性能提升也是非常大的(基准测试):

    benchmark

    Pipelining

    惰性计算带来了另一个好处,我称之为 "Pipelining"。
    它可以避免链式方法执行期间创建中间数组。
    取而代之,我们在单个元素上执行所有操作。
    所以,下面的代码:

    var result = _(source).map(func1).map(func2).map(func3).value();
    

    将大致翻译为如下的常规 Lo-Dash(严格计算)

    var result = [], temp1 = [], temp2 = [], temp3 = [];
    
    for(var i = 0; i < source.length; i++) {
       temp1[i] = func1(source[i]);
    }
    
    for(i = 0; i < source.length; i++) {
       temp2[i] = func2(temp1[i]);
    }
    
    for(i = 0; i < source.length; i++) {
       temp3[i] = func3(temp2[i]);
    }
    result = temp3;
    

    如果我们使用惰性计算,它会像下面这样执行:

    var result = [];
    for(var i = 0; i < source.length; i++) {
       result[i] = func3(func2(func1(source[i])));
    }
    

    不使用临时数组可以给我们带来非常显著的性能提升,特别是当源数组非常大时,内存访问是昂贵的资源。

    延迟执行

    和惰性计算一起使用的是延迟执行。
    当你创建一个链,我们并不立即计算它的值,直到 .value() 被显式或者隐式地调用。
    这种方法有助于先准备一个查询,随后我们使用最新的数据来执行它。

    var wallet = _(assets).filter(ownedBy('me'))
                          .pluck('value')
                          .reduce(sum);
    
    $json.get("/new/assets").success(function(data) {
        assets.push.apply(assets, data); // 更新我的资金
        wallet.value(); // 返回我钱包的最新的总额
    });
    

    在某些情况下,这样做也可以加速执行时间。我们可以在前期创建复杂的查询,然后当时机成熟时再执行它。

    Wrap up

    懒惰计算并不是行业里的新理念。它已经包含在了许多库里面,例如 LINQLazy.js 等等。我相信 Lo-Dash 和这些库最主要的区别是,你可以在一个更新的、更强大的引擎里面使用原有的 Underscore API。不需要学习新的库,不需要修改代码,只是简单升级。

    但是,即使你不打算使用 Lo-Dash,我希望这篇文章启发了你。
    现在,当你发现你的应用程序存在性能瓶颈,不要仅仅是去 jsperf.com 以 try/fail 风格优化它。
    而是去喝杯咖啡,并开始考虑算法。
    最重要的是创意,但良好的数学背景会让你如鱼得水(book)。祝你好运!

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