70行Go代码打败C
【12月公开课预告】,入群直接获取报名地址
12月11日晚8点直播主题:人工智能消化道病理辅助诊断平台——从方法到落地
12月12日晚8点直播:利用容器技术打造AI公司技术中台
12月17日晚8点直播主题:可重构计算:能效比、通用性,一个都不能少
作者 | Ajeet D'Souza
译者 | 苏本如,编辑 | maozz
来源 | CSDN(ID:CSDNnews)
Chris Penner最近发表的这篇文章——用80行Haskell代码击败C(https://chrispenner.ca/posts/wc),在互联网上引起了相当大的争议,从那以后,尝试用各种不同的编程语言来挑战历史悠久的C语言版wc命令(译者注:用于统计一个文件中的行数、字数、字节数或字符数的程序命令)就变成了一种大家趋之若鹜的游戏,可以用来挑战的编程语言列表如下:
Ada
C
Common Lisp
Dyalog APL
Futhark
Haskell
Rust
今天,我们将用Go语言来进行这个wc命令的挑战。作为一种具有优秀并发原语的编译语言,要获得与C语言相当的性能应该很容易。
虽然wc命令被设计为可以从标准输入设备(stdin)读取、处理非ASCII文本编码和解析命令行标志(wc命令的帮助可以参考这里),但我们在这里不会这样做。相反,像上面提到的文章一样,我们将集中精力使我们的实现尽可能简单。
如果你想看这篇文章用到的源代码,可以参考这里(https://github.com/ajeetdsouza/blog-wc-go)。
比较基准
我们将使用GNU的time工具包,针对两种语言编写的wc命令,从运行耗费时间和最大常驻内存大小两个方面来进行比较。
$ /usr/bin/time -f "%es %MKB" wc test.txt
用来比较的C语言版的wc命令和在Chris Penner的原始文章里用到的版本相同,使用gcc 9.2.1和-O3编译。对于我们自己的实现,我们将使用go 1.13.4(我也尝试过gccgo,但结果不是很好)来编译。并且,我们将使用以下系统配置作为运行的基准:
英特尔酷睿i5-6200U@2.30GHz 处理器(2个物理核,4个线程)
4+4 GB内存@2133 MHz
240 GB M.2固态硬盘
Fedora 31 Linux发行版
为了确保公平的比较,所有实现都将使用16 KB的缓冲区来读取输入。输入将是两个大小分别为100 MB和1GB,使用us-ascii编码的文本文件。
原始实现(wc-naïve)
解析参数很容易,因为我们只需要文件路径,代码如下:
if len(os.Args) < 2 { panic("no file path specified")}filePath := os.Args[1]
file, err := os.Open(filePath)if err != nil { panic(err)}defer file.Close()
我们将按字节遍历文本和跟踪状态。幸运的是,在这种情况下,我们只需要知道两种状态:
前一个字节是空白;
前一个字节不是空白。
当从空白字符变为非空白字符时,我们给字计数器(word counter)加一。这种方法允许我们直接从字节流中读取,从而保持很低的内存消耗。
const bufferSize = 16 * 1024reader := bufio.NewReaderSize(file, bufferSize)
lineCount := 0wordCount := 0byteCount := 0
prevByteIsSpace := truefor { b, err := reader.ReadByte() if err != nil { if err == io.EOF { break } else { panic(err) } }
byteCount++
switch b { case '\n': lineCount++ prevByteIsSpace = true case ' ', '\t', '\r', '\v', '\f': prevByteIsSpace = true default: if prevByteIsSpace { wordCount++ prevByteIsSpace = false } }}
要显示结果,我们将使用本机println()函数。在我的测试中,导入fmt库(注:Go语言的格式化库)会导致可执行文件的大小增加大约400 KB!
println(lineCount, wordCount, byteCount, file.Name())
让我们运行这个程序,然后看看它与C语言版wc的运行结果比较(见下表):
好消息是,我们的第一次尝试已经使我们在性能上接近C语言的版本。实际上,我们在内存使用方面做得比C更好!
拆分输入(wc-chunks)
虽然缓冲I/O读取对于提高性能至关重要,但调用ReadByte()并检查循环中的错误会带来很多不必要的开销。我们可以通过手动缓冲读取调用而不是依赖bufio.Reader来避免这种情况。
为此,我们将把输入分成可以单独处理的缓冲块(chunk)。幸运的是,要处理一个chunk,我们只需要知道前一个chunk的最后一个字符是否是空白。
让我们编写几个工具函数:
type Chunk struct { PrevCharIsSpace bool Buffer []byte}
type Count struct { LineCount int WordCount int}
func GetCount(chunk Chunk) Count { count := Count{}
prevCharIsSpace := chunk.PrevCharIsSpace for _, b := range chunk.Buffer { switch b { case '\n': count.LineCount++ prevCharIsSpace = true case ' ', '\t', '\r', '\v', '\f': prevCharIsSpace = true default: if prevCharIsSpace { prevCharIsSpace = false count.WordCount++ } } }
return count}
func IsSpace(b byte) bool { return b == ' ' || b == '\t' || b == '\n' || b == '\r' || b == '\v' || b == '\f'}
现在,我们可以将输入分成几个chunk(块),并将它们传送给GetCount函数。
totalCount := Count{}lastCharIsSpace := true
const bufferSize = 16 * 1024buffer := make([]byte, bufferSize)
for { bytes, err := file.Read(buffer) if err != nil { if err == io.EOF { break } else { panic(err) } }
count := GetCount(Chunk{lastCharIsSpace, buffer[:bytes]}) lastCharIsSpace = IsSpace(buffer[bytes-1])
totalCount.LineCount += count.LineCount totalCount.WordCount += count.WordCount}
要获取字节数,我们可以进行一次系统调用来查询文件大小:
fileStat, err := file.Stat()if err != nil { panic(err)}byteCount := fileStat.Size()
现在我们已经完成了,让我们看看它与C语言版wc的运行结果比较(见下表):
从上表结果看,我们在这两个方面都超过了C语言版wc命令,而且我们甚至还没有开始并行化我们的程序。tokei报告显示这个程序只有70行代码!
使用channel并行化(wc-channel)
不可否认,将wc这样的命令改成并行化运行有点过分了,但是让我们看看我们到底能走多远。Chris Penner的原始文章里的测试采用了并行化来读取输入文件,虽然这样做改进了运行时,但文章的作者也承认,并行化读取带来的性能提高可能仅限于某些类型的存储,而在其他类型的存储则有害无益。
对于我们的实现,我们希望我们的代码能够在所有设备上执行,所以我们不会这样做。我们将建立两个channel – chunks和counts。每个worker线程将从chunks中读取和处理数据,直到channel关闭,然后将结果写入counts中。
func ChunkCounter(chunks <-chan Chunk, counts chan<- Count) { totalCount := Count{} for { chunk, ok := <-chunks if !ok { break } count := GetCount(chunk) totalCount.LineCount += count.LineCount totalCount.WordCount += count.WordCount } counts <- totalCount}
我们将为每个逻辑CPU核心生成一个worker线程:
numWorkers := runtime.NumCPU()
chunks := make(chan Chunk)counts := make(chan Count)
for i := 0; i < numWorkers; i++ { go ChunkCounter(chunks, counts)}
现在,我们循环运行,从磁盘读取并将作业分配给每个worker:
const bufferSize = 16 * 1024lastCharIsSpace := true
for { buffer := make([]byte, bufferSize) bytes, err := file.Read(buffer) if err != nil { if err == io.EOF { break } else { panic(err) } } chunks <- Chunk{lastCharIsSpace, buffer[:bytes]} lastCharIsSpace = IsSpace(buffer[bytes-1])}close(chunks)
一旦完成,我们可以简单地将每个worker得到的计数(count)汇总来得到总的word count:
totalCount := Count{}for i := 0; i < numWorkers; i++ { count := <-counts totalCount.LineCount += count.LineCount totalCount.WordCount += count.WordCount}close(counts)
让我们运行它,并且看看它与C语言版wc的运行结果比较(见下表):
从上表可以看出,我们的wc现在快了很多,但在内存使用方面出现了相当大的倒退。特别要注意我们的输入循环如何在每次迭代中分配内存的!channel是共享内存的一个很好的抽象,但是对于某些用例来说,简单地不使用channel通道可以极大地提高性能。
使用Mutex并行化(wc-mutex)
在本节中,我们将允许每个worker读取文件,并使用sync.Mutex互斥锁确保读取不会同时发生。我们可以创建一个新的struct来处理这个问题:
type FileReader struct { File *os.File LastCharIsSpace bool mutex sync.Mutex}
func (fileReader *FileReader) ReadChunk(buffer []byte) (Chunk, error) { fileReader.mutex.Lock() defer fileReader.mutex.Unlock()
bytes, err := fileReader.File.Read(buffer) if err != nil { return Chunk{}, err }
chunk := Chunk{fileReader.LastCharIsSpace, buffer[:bytes]} fileReader.LastCharIsSpace = IsSpace(buffer[bytes-1])
return chunk, nil}
然后,我们重写worker函数,让它直接从文件中读取:
func FileReaderCounter(fileReader *FileReader, counts chan Count) { const bufferSize = 16 * 1024 buffer := make([]byte, bufferSize)
totalCount := Count{}
for { chunk, err := fileReader.ReadChunk(buffer) if err != nil { if err == io.EOF { break } else { panic(err) } } count := GetCount(chunk) totalCount.LineCount += count.LineCount totalCount.WordCount += count.WordCount }
counts <- totalCount}
与前面一样,我们现在可以为每个CPU核心生成一个worker线程:
fileReader := &FileReader{ File: file, LastCharIsSpace: true,}counts := make(chan Count)
for i := 0; i < numWorkers; i++ { go FileReaderCounter(fileReader, counts)}
totalCount := Count{}for i := 0; i < numWorkers; i++ { count := <-counts totalCount.LineCount += count.LineCount totalCount.WordCount += count.WordCount}close(counts)
让我们运行它,然后看看它与C语言版wc的运行结果比较(见下表):
可以看出,我们的并行实现运行速度比wc快了4.5倍以上,而且内存消耗更低!这是非常重要的,特别是如果你认为Go是一种自动垃圾收集语言的话。
结束语
虽然本文绝不暗示Go语言比C语言强,但我希望它能够证明Go语言可以作为一种系统编程语言替代C语言。
如果你有任何建议和问题,欢迎在评论区留言。
原文链接:
https://ajeetdsouza.github.io/blog/posts/beating-c-with-70-lines-of-go/
推荐阅读
我收集了12款自动生成器,无聊人士自娱自乐专用
如何用Neo4j和Scikit-Learn做机器学习任务?| 附超详细分步教程
谷歌母公司创始人双双引退,劈柴哥上位!
对话阿里云叔同:释放云价值,让容器成为“普适”技术
激辩:机器究竟能否理解常识?
Instagram个性化推荐工程中三个关键技术是什么?
从YARN迁移到k8s,滴滴机器学习平台二次开发是这样做的
丁磊向左,刘强东向右
华裔候选人Andrew Yang加密政策公布,如果当选美国总统这些法规将会实施
-
你点的每个“在看”,我都认真当成了AI
70行Go代码打败C相关推荐
- 70 行 Go 代码打败 C!
作为一名程序员,应当具有挑战精神,才能写出"完美"的代码.挑战历史悠久的C语言版wc命令一向是件很有趣的事.今天,我们就来看一下如何用70行的Go代码打败C语言版wc命令. 作者 ...
- 如何用70行Java代码实现神经网络算法
为什么80%的码农都做不了架构师?>>> http://geek.csdn.net/news/detail/56086 对于现在流行的深度学习,保持学习精神是必要的--程序员尤 ...
- 如何用70行Java代码实现深度神经网络算法
对于现在流行的深度学习,保持学习精神是必要的--程序员尤其是架构师永远都要对核心技术和关键算法保持关注和敏感,必要时要动手写一写掌握下来,先不用关心什么时候用到--用不用是政治问题,会不会写是技术问题 ...
- python代码壁纸-70行python代码实现壁纸批量下载
前言 好久没有写文章了,因为最近都在适应新的岗位,以及利用闲暇时间学习python.这篇文章是最近的一个python学习阶段性总结,开发了一个爬虫批量下载某壁纸网站的高清壁纸. 注意:本文所属项目仅用 ...
- 不到70行 Python 代码,轻松玩转 RFM 用户分析模型(附案例数据和代码)
作者 | 周志鹏 责编 | 刘静 本文从RFM模型概念入手,结合实际案例,详解Python实现模型的每一步操作,并提供案例同款源数据,以供同学们知行合一. 注:想直接下载代码和数据的同学可以空降文末 ...
- 4行Python代码打败美图秀秀
我们平时使用一些图像处理软件时,经常会看到其对图像的亮度.对比度.色度或者锐度进行调整.你是不是觉得这种技术的底 层实现很高大上? 其实最基础的实现原理,用 Python 实现只需要几行代码,学会后你 ...
- python层次分析模型_不到70行Python代码,轻松玩转RFM用户分析模型
本文从RFM模型概念入手,结合实际案例,详解Python实现模型的每一步操作,并提供案例同款源数据,以供同学们知行合一. 注:想直接下载代码和数据的同学可以空降文末 看这篇文章前源数据长这样: 学完后 ...
- 70行Python代码,获取中国数据库大会(DTCC)全部PPT
大家好,我是明月十四桥! 擅长领域:python黑科技.大数据后端研发.数据仓库 今日重点: ① 学会使用python 获取各种网站的ppt,可见即可爬: ② 中国数据库大会一年一届,门票昂贵,干货满 ...
- 70行python代码实现qq视频加特效效果
python实现qq视频加特效 使用过qq视频聊天功能的朋友应该都知道它有一个自动为我们加特效的功能,虽然自带中二 ヽ(ー_ー)ノ,但是能够将挂饰精准加到适应的位置,尚且值得我辈学习.废话不多说,直接 ...
最新文章
- 二维随机变量期望公式_MIT 6.041 概率论笔记 离散随机变量(二)
- 赠书:亿级流量峰值没在怕,“缓存”技术来减压!
- 老BOJ 11 Counting
- CDC之CreateCompatibleDC与BitBlt
- ppt修复无法读取_移动硬盘故障分析以及建议修复方法
- 【软件开发底层知识修炼】十八 快速学习GDB调试五 使用GDB进行调试的一些小技巧
- 同事反馈环:如何实现持续改进的文化
- php删除第一个字母,php – 正在上传的文件将第一个字母切断
- Leetcode有java版么_leetcode 1. 两数之和(Java版)
- sql 去除数据表中一列中字符串后边的空格...
- JAVA对象属性方法的使用
- CodeForces - 788B Weird journey 欧拉路
- CISP考试真题,CISP测试题
- 单片机自学入门必看基础知识
- 【为什么电脑插上HDMI线之后,电脑没有了声音解决方案】
- 天刀手游不显示服务器列表,天涯明月刀手游服务器bug解决方法
- MySQL基础(三):视图、存储过程、事务与索引
- escape JavaScript
- java与模式 之,《java与模式》学习之状态模式
- STC89C52RC的特殊功能寄存器