優(yōu)化Ruby代碼使程序運(yùn)行速度提高的例子

這篇文章主要介紹了我是如何把ruby gem contracts.ruby速度提升10倍的。

contracts.ruby在我項(xiàng)目里用來(lái)添加代碼合約（code contracts）到Ruby中?？雌饋?lái)差不多是這樣的：

Contract Num, Num => Num
def add(a, b)
 a + b
end

只要add方法被調(diào)用，參數(shù)和返回值都會(huì)被檢查。

20秒

本周末，我對(duì)該庫(kù)進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其性能非常糟：

這是在隨機(jī)輸入下，運(yùn)行1000次以后的結(jié)果。

所以，當(dāng)給一個(gè)函數(shù)加入合約功能后，運(yùn)行速度明顯下降（約40倍這樣），對(duì)此，我進(jìn)行了深入的研究。

8秒

我取得了較大的進(jìn)展，當(dāng)傳遞合約時(shí)，我調(diào)用success_callback函數(shù)，該函數(shù)是個(gè)空函數(shù)，下面是這個(gè)函數(shù)的整個(gè)定義：

def self.success_callback(data)
end 

原來(lái)函數(shù)調(diào)用在Ruby中是非常昂貴的，僅刪除這個(gè)調(diào)用，就節(jié)省了8秒鐘：

刪除其它一些附件函數(shù)的調(diào)用，時(shí)間花費(fèi)開(kāi)始從9.84-> 9.59-> 8.01秒，該庫(kù)的速度馬上提升到以前的兩倍了。

現(xiàn)在，事情變的有點(diǎn)復(fù)雜了。

5.93秒

這里有許多年種定義一個(gè)合約的方式：匿名（lambdas）、類 （classes）、簡(jiǎn)單舊數(shù)據(jù)（plain ol' values）等。 我有個(gè)很長(zhǎng)的case語(yǔ)句，用來(lái)檢測(cè)合約的類型。在此合約類型基礎(chǔ)之上，我可以做不同的事情。通過(guò)把它改為if語(yǔ)句，我節(jié)約了一些時(shí)間，但每次調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí)，我仍然耗費(fèi)了不必要的時(shí)間在仔細(xì)檢查這個(gè)判定樹(shù)上面：

if contract.is_a?(Class)
 # check arg
elsif contract.is_a?(Hash)
 # check arg
...

當(dāng)定義合約和構(gòu)建lambda時(shí)，對(duì)樹(shù)只做一次檢查：

if contract.is_a?(Class)
 lambda { |arg| # check arg }
elsif contract.is_a?(Hash)
 lambda { |arg| # check arg }

然后，我將完全繞過(guò)邏輯分支，通過(guò)將參數(shù)傳遞給預(yù)計(jì)算的lambda來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，這樣就節(jié)約了1.2秒時(shí)間。

預(yù)計(jì)算一些其它的If語(yǔ)句，差不多又節(jié)省了1秒時(shí)間：

5.09秒

將.zip轉(zhuǎn)換為.times又為我節(jié)省了1秒時(shí)間：

結(jié)果證明：

args.zip(contracts).each do |arg, contract|

上面的代碼要比下面這個(gè)慢：

args.each_with_index do |arg, i|

要比下面這個(gè)更慢：

args.size.times do |i|

.zip要花費(fèi)不必要的時(shí)間復(fù)制和創(chuàng)建新的數(shù)組。而我認(rèn)為，.each_with_index之所以慢，是因?yàn)樗苤朴诒澈蟮?each，所以它涉及到兩個(gè)限制而不是一個(gè)。

4.23秒

下面再看些細(xì)節(jié)的東西，contracts庫(kù)在工作時(shí)，它會(huì)為每一個(gè)方法添加class_eval（class_eval要比define_method快）的新方法，這個(gè)新方法里有一個(gè)對(duì)老方法的引用，當(dāng)調(diào)用新方法時(shí)，它會(huì)檢查參數(shù)，然后根據(jù)參數(shù)調(diào)用老方法，然后再檢查返回值，并且返回值。所有這些都會(huì)調(diào)用Contract class的check_args和check_result兩個(gè)方法。我取消了這兩個(gè)方法的調(diào)用，并且對(duì)新方法進(jìn)行正確檢查，結(jié)果又節(jié)省了0.9秒：

2.94秒

在上面，我已經(jīng)解釋了如何基于Contract類型創(chuàng)建lambda，然后使用這些來(lái)檢驗(yàn)參數(shù)?，F(xiàn)在，我換了種方法，用生成代碼來(lái)替代，當(dāng)我使用class_eval創(chuàng)建新方法時(shí)，它就會(huì)從eval中獲得結(jié)果。一個(gè)可怕的漏洞，但它避免了一大堆方法調(diào)用，并且節(jié)省了1.25秒：

1.57秒

最后，我改變了調(diào)用重寫(xiě)方法的方式，我先前是使用引用：

# simplification
old_method = method(name)= method(name)

class_eval %{%{
  def #{name}(*args)def #{name}(*args)
    old_method.bind(self).call(*args).bind(self).call(*args)
  endend
}}

我進(jìn)行了修改，并使用alias_method方法：

alias_method :"original_#{name}", name:"original_#{name}", name
class_eval %{%{
  def #{name}(*args)def #{name}(*args)
    self.send(:"original_#{name}", *args)self.send(:"original_#{name}", *args)
   endend
}}

驚喜，又節(jié)省了1.4秒。我不知道為什么aliaa_method會(huì)如此地快，我猜是因?yàn)樗^(guò)了一個(gè)方法的調(diào)用和綁定到.bindbind。

結(jié)果

我們成功的將時(shí)間從20秒優(yōu)化到1.5秒，我不認(rèn)為還有比這更好的結(jié)果的了。我所編寫(xiě)的 這個(gè)測(cè)試腳本表明，一個(gè)被封裝過(guò)的add方法要比常規(guī)的add方法慢3倍，所以這些數(shù)字已經(jīng)足夠好了。

想要驗(yàn)證上面的結(jié)論很簡(jiǎn)單，大量的時(shí)間花在調(diào)用方法上是只慢3倍的原因，這里有個(gè)更現(xiàn)實(shí)的例子：一個(gè)函數(shù)讀一個(gè)文件100000次：

稍微慢了點(diǎn)！add函數(shù)是個(gè)例外，我決定不再使用alias_method方法，因?yàn)樗廴玖嗣臻g，并且這些別名函數(shù)會(huì)到處出現(xiàn)（文檔、IDE的自動(dòng)完成等）。

其它原因：

    在Ruby中調(diào)用方法很慢，我喜歡將代碼模塊化和重復(fù)使用，但或許是時(shí)候?qū)⒏嗟拇a進(jìn)行內(nèi)聯(lián)了。
    測(cè)試你的代碼！刪掉一個(gè)簡(jiǎn)單的未使用的方法時(shí)間從20秒縮短到了12秒。

其它嘗試

1.方法選擇器

Ruby 2.0里缺少方法選擇器這一特性，否則你還可以這樣寫(xiě)：

class Foo Foo
 def bar:beforedef bar:before
  # will always run before bar, when bar is called# will always run before bar, when bar is called
 endend

 def bar:afterdef bar:after
  # will always run after bar, when bar is called# will always run after bar, when bar is called
  # may or may not be able to access and/or change bar's return value# may or may not be able to access and/or change bar's return value
 endend
endend

這樣可能會(huì)更加容易編寫(xiě)decorator，并且運(yùn)行速度也會(huì)加快。

2.關(guān)鍵字old

Ruby 2.0里缺乏的另一特性是引用重寫(xiě)方法：

class Foo Foo
 def bardef bar
  'Hello''Hello'
 endend
end end 

class Fooclass Foo
 def bardef bar
  old + ' World'+ ' World'
 endend
endend

Foo.new.bar # => 'Hello World'Foo.new.bar # => 'Hello World'

3.使用redef重新定義方法：

Matz曾說(shuō)過(guò)：

    為了消除alias_method_chain，我們引入了Module#prepend，prepend前面加#號(hào)，這樣就沒(méi)機(jī)會(huì)在語(yǔ)言里加入冗余特性。

所以如果redef是冗余特征，也許prepend可以用來(lái)寫(xiě)decorator？

4.其它實(shí)現(xiàn)

目前為止，這些都已經(jīng)在YARV做過(guò)測(cè)試。