为什么#地图比#每一个效率更高？

Question

require 'benchmark'

array = (1..100000).to_a

puts Benchmark.measure {
  100.times do
    array.map { |el| el.even? }
  end
}

puts Benchmark.measure {
  100.times do
    new_array = []
    array.each do |el| 
      new_array << el.even? 
    end
  end
}

# ruby bench.rb
# 0.450598   0.015524   0.466122 (  0.466802)
# 0.496796   0.018525   0.515321 (  0.516196)

puts Benchmark.measure {
  100.times do
    array.select { |el| el.even? }
  end
}

puts Benchmark.measure {
  100.times do
    new_array = []
    array.each do |el| 
      if el.even? 
         new_array << el
      end
    end
  end
}

# ruby bench.rb
# 0.405254   0.007965   0.413219 (  0.413733)
# 0.471416   0.008875   0.480291 (  0.481079)

那么为什么这些更精确的方法会产生明显更好的性能呢？这是Ruby和/或所有语言中的通用公理吗？

Answer 1

在您的两个示例中，第二段代码分配的内存是第一段代码的100倍。它还对数组执行大约log_1.5（100）的大小调整（假设是一个增长因子为1.5的动态数组的标准教科书实现）。调整数组的大小是昂贵的（分配一个新的内存块，然后将所有元素的O(n)副本放入新的内存块）。一般说来，垃圾收集器讨厌变异，他们在收集大量短命的小对象时要比保持几个长命的大对象更有效率。

换句话说，在第一个示例中，您分别测量数组#map和数组#select，而在第二个示例中，您不仅测量数组#each，还测量数组#<<以及数组大小调整和内存分配。无法从基准测试的结果中判断出哪一个对基准测试的结果有多大的贡献。就像Zed Shaw曾经说过的那样：“如果你想衡量一件事，那么就不要去衡量其他的狗屎”。

但是，即使您在基准测试中修复了该错误，一般而言，较专门的操作比一般操作具有更多的可用信息，因此较一般的操作通常不会比专门的操作更快。

在您的特定示例中，它可能只是一些非常简单的东西，例如，您使用的Ruby实现不是很好地优化Ruby代码（例如YARV，与例如TruffleRuby不同），同时却有数组#map和数组#select的优化本机实现（同样，以YARV为例，它有这两种实现的C实现，通常不能很好地优化Ruby代码）。

最后，编写正确的微基准很难。真的，真的，真的很难。我鼓励阅读和理解机械-同情邮件列表上的整个讨论线程：JMH vs Caliper：reference thread。虽然它是专门关于Java基准测试（实际上是关于JVM基准测试）的，但许多论点适用于任何现代高性能OO执行引擎，如Rubinius、TruffleRuby等，在较小程度上也适用于YARV。注意，大部分讨论都是关于编写微基准测试工具，而不是编写微基准测试本身，也就是说，它是关于编写允许开发人员编写正确的微基准测试的框架，而不需要知道这些东西，但不幸的是，即使使用最好的微基准测试工具（Ruby的benchmark实际上并不是一个很好的工具），您仍然需要对现代编译器、垃圾收集器、执行引擎、CPU、硬件体系结构以及统计数据有非常深入的了解。

这里有一个失败的基准测试的很好的例子，对于未受过训练的基准测试编写者来说可能并不明显：为什么打印“b”比打印“#”显著地慢？。