11
20
2013
1

在Lua里面声明小数组的最好方法是什么?

在很早以前,就看到“闭包比表要快”的这么一个言论。一直没有验证过,只是心里就这么觉得了。所以自己第一次写的Lua网游,大量利用了闭包,最后估计还是有很严重的内存问题……在我的对象模型里面,对象构造函数通常是这样的:

function Object()
   local t = {}
   local object_state1
   local object_state2
   -- init ...

   -- methods
   function t:foo(...) return ... end
   function t:bar(...) return ... end
   -- return object
   return t
end

这个设计可以保证,在访问对象的函数的时候,速度可以达到最快——因为没有元表查询。但是,这样做恰好就违背了这样的原则:“在设计的初期,不要过早地考虑优化”。是的,因为任何优化都是有代价的,这里的代价理所当然就是内存了。

另外,在Lua-5.1中,我后来自己测试的结果是,表貌似还是比闭包要快一点,关键点是,这样貌似占用内存还小很多,自从这么摆了一道以后,反正至少对于“看见大括号就有点恐惧内存分配”的心理上是好过多了。不过至少对于闭包的大小和速度什么的心里头反而就没底了。

今天突然想到了一个叫做lua-vararg的lua库。这个库可以对vararg进行包装,提供对用户来说“比较自然”的vararg的体验——说白了,这就是用vararg去实现了元组(tuple)嘛。这个库很早以前就知道了,我还自己亲自改过,但是性能到底怎么样呢?心里没底,所以决定今天写个伪测试来看看效果。

首先,我们看一下Lua源代码里面表和闭包的描述:

typedef struct Table {
  CommonHeader;
  lu_byte flags;  /* 1<<p means tagmethod(p) is not present */
  lu_byte lsizenode;  /* log2 of size of `node' array */
  struct Table *metatable;
  TValue *array;  /* array part */
  Node *node;
  Node *lastfree;  /* any free position is before this position */
  GCObject *gclist;
  int sizearray;  /* size of `array' array */
} Table;
#define ClosureHeader \
	CommonHeader; lu_byte nupvalues; GCObject *gclist

typedef struct CClosure {
  ClosureHeader;
  lua_CFunction f;
  TValue upvalue[1];  /* list of upvalues */
} CClosure;


typedef struct LClosure {
  ClosureHeader;
  struct Proto *p;
  UpVal *upvals[1];  /* list of upvalues */
} LClosure;


typedef union Closure {
  CClosure c;
  LClosure l;
} Closure;

OK,代码有了,那么第一个问题是:表和闭包分别占多大的大小呢?

额= =这个问题不好搞啊,看起来好复杂的样子,还得考虑对齐……额,不好搞的话,直接写个程序不就可以了吗?

#include "src/lobject.h"

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("size of Table: %d\n", sizeof(Table));
    printf("size of Closure: %d\n", sizeof(Closure));
    return 0;
}

恩,输出结果是32和24……(别打偶……)

好吧,闭包居然比表要小!恩,这是很正常的。而且,这里的表可是“裸表”哦,一点数据都没有的,而这个被声明的闭包是默认带上了一个upvalue的!

那么,对于有十个元素的表和闭包,大小又是怎么样的呢?注意到表保存数组元素用的是TValue指针,而闭包里面的upvalue(主要指C闭包)也同样是TValue,我们只需要分别给表和闭包的大小增加10个TValue的大小即可——额,闭包只需要加9,因为前面已经有个元素了,最后得到的大小是:112字节和96字节……恩~

好了,那么在大小方面,的确闭包(特指C闭包)是保存小数组的最好途径了,那么,除开大小,在速度上面,它们之间有什么变化吗?我们继续测试一下!首先声明一下,这里的测试对于真实的环境是没有意义的,通常来说,我们并不需要考虑像分配小数组之间的效率问题,这里的测试,只是在于检验“闭包比表快”这个说法罢了,这样的检验本身,可以当作是使用vararg模块的依据,对做出某些设计决策是有好处的。

我们准备测试四种情况下的速度情况

  1. 用C API创建一个表,向其中压入10个数字
  2. 用C API创建一个闭包,其中有10个upvalue
  3. 用Lua代码创建一个表,其中有10个数字
  4. 用Lua代码创建一个闭包,其中有10个upvalue

下面是测试结果:

test
c table time: 2.35s
c table memory: 5724
c closure time: 0.20s
c closure memory: 6020
lua table time: 0.40s
lua table memory: 5836
lua closure time: 1.51s
lua closure memory: 4556
Hit any key to close this window...

我们来分析一下这个数据,最简单的分析方法是排序,对于时间的顺序是c closure < lua table < lua closure < c table,对于内存剩余的顺序是lua closure < c table == lua table < c closure。

好奇怪的结果!!我们试着来分析一下吧!看起来内存里面有一项是相同的:即用c和用lua创建表,占用内存的大小是近似相同的。而用C创建闭包,占用内存最大,但是也大不了多少。这里面是什么情况呢?我们关闭一下垃圾回收试试?对了!原来是这样……关掉垃圾回收以后,内存的占用非常非常夸张,原来,这是垃圾回收以后的结果(顺便说一下,关闭垃圾回收,所有的测试都变慢了,不过相对结果不变)。

那么,内存的意义上就不大了。只能说是垃圾回收的策略不同罢了。我们来分析一下时间问题好了。

首先,这个数据实在是太奇怪了了:如果说C的API比Lua代码快,那么为什么c table是最慢的呢?如果说闭包比表快,那么为什么lua闭包不如lua的表呢?这是怎么回事呢?

很容易发现问题的是lua闭包,这是倒数第二慢的……因为Lua5.2出了一个新功能:在创建lua闭包的时候,会和之前缓存的进行比较,看看是新的闭包还是以前的,因为我们创建的闭包都是新的函数调用,显然和以前闭包的upvalue不可能一样,因此这个比较始终是会失败的……看来也只能是这个地方会占用时间了。当然了,关联upvalue、关闭upvalue等等都需要占据时间。lua闭包比较慢几乎是可以预见到的了。这一点我们不奇怪。

奇怪的是,为什么用C API写的新建表比lua代码还要慢呢?注意到,Lua代码是不需要再创建新的“整数”的,它们是直接从常量表(K表)载入的,所以pushnumber会拖慢一点速度,其次,lua_rawseti会比luaH_setint多做一些检查,除了这两点以外,还有一个很容易忽视的地方是API调用开销:因为Lua是在DLL里面的,因此API调用相对较慢,如果静态链接的话,对其他测试来说,结果影响不大,但是c table测试瞬间就快了20%——也许是因为每次推入新的包,c table测试比别的方法多了10个C API的原因吧……Lua里面没有一次给表设置多个值的方法,必须一个一个地设置,每次设置都必须压入新值,所以即使是相对较快的lua_rawseti,也架不住每次设置的两次API啊……当然,从这一点上也可以看出来,我们的测试是很不合理的,因为即使是API效率,都可以极大地影响测试结果。当然这里需要说明的是,即使是将API效率的原因去除,c table仍然是最慢的。

然后,c cloure和lua table就比较符合我们的期望了。看来的确是闭包会快一点啊……

这里只比较了创建的效率,对于取值的效率,大家可以自己去比较。但是从这里可以看出来,如果希望交换大量小数据块,那么closure的确是一个合理的选择:它体积较小,没有多余的功能(比如表支持的哈希查找或者增加大小或者独立的元表等等)。作为需要快速保存少量数据,lua-vararg的确是一个很好的选择——另外,尽量选择C实现的版本,如果无法使用C库,那就还是用表来实现吧……这样比较快……

 

最后,附上我自己写的vararg的C实现:https://gist.github.com/starwing/5893607

Category: Lua | Tags: | Read Count: 7807
Avatar_small
celeb networth 说:
Jun 20, 2023 03:56:57 PM

If you're curious about the financial side of fame, you're in the right place. Our website is dedicated to providing accurate and comprehensive celeb networth post profiles. Prepare to be captivated by the incredible fortunes and financial journeys of the most influential personalities in the world.


登录 *


loading captcha image...
(输入验证码)
or Ctrl+Enter

Host by is-Programmer.com | Power by Chito 1.3.3 beta | Theme: Aeros 2.0 by TheBuckmaker.com