Scala慵懒的val的(隐藏)成本是多少？

Question

Scala的一个便利功能是lazy val,a的评估val被延迟到必要时(首次访问时).

当然,lazy val必须有一些开销 - 在某处Scala必须跟踪该值是否已经被评估并且评估必须同步,因为多个线程可能会尝试同时第一次访问该值.

a的成本到底是什么？lazy val是否有一个隐藏的布尔标志与a关联,lazy val如果它已经被评估,是什么同步,是否有更多的成本？

另外,假设我这样做:

class Something {
    lazy val (x, y) = { ... }
}

这是否与两个单独的lazy vals 相同x,y或者我只获得一次开销,对于该对(x, y)？

Answer 1

这是从scala邮件列表中获取的,并提供lazy了Java代码(而不是字节码)的实现细节:

class LazyTest {
  lazy val msg = "Lazy"
}

被编译为等同于以下Java代码的东西:

class LazyTest {
  public int bitmap$0;
  private String msg;

  public String msg() {
    if ((bitmap$0 & 1) == 0) {
        synchronized (this) {
            if ((bitmap$0 & 1) == 0) {
                synchronized (this) {
                    msg = "Lazy";
                }
            }
            bitmap$0 = bitmap$0 | 1;
        }
    }
    return msg;
  }

}

Answer 2

看起来编译器安排类级别位图int字段将多个惰性字段标记为已初始化(或不),并且如果位图的相关xor指示有必要,则初始化同步块中的目标字段.

使用:

class Something {
  lazy val foo = getFoo
  def getFoo = "foo!"
}

生成示例字节码:

 0  aload_0 [this]
 1  getfield blevins.example.Something.bitmap$0 : int [15]
 4  iconst_1
 5  iand
 6  iconst_0
 7  if_icmpne 48
10  aload_0 [this]
11  dup
12  astore_1
13  monitorenter
14  aload_0 [this]
15  getfield blevins.example.Something.bitmap$0 : int [15]
18  iconst_1
19  iand
20  iconst_0
21  if_icmpne 42
24  aload_0 [this]
25  aload_0 [this]
26  invokevirtual blevins.example.Something.getFoo() : java.lang.String [18]
29  putfield blevins.example.Something.foo : java.lang.String [20]
32  aload_0 [this]
33  aload_0 [this]
34  getfield blevins.example.Something.bitmap$0 : int [15]
37  iconst_1
38  ior
39  putfield blevins.example.Something.bitmap$0 : int [15]
42  getstatic scala.runtime.BoxedUnit.UNIT : scala.runtime.BoxedUnit [26]
45  pop
46  aload_1
47  monitorexit
48  aload_0 [this]
49  getfield blevins.example.Something.foo : java.lang.String [20]
52  areturn
53  aload_1
54  monitorexit
55  athrow

在元组中初始化的值就像lazy val (x,y) = { ... }通过相同的机制嵌套缓存一样.元组结果被懒惰地评估和缓存,并且访问x或y将触发元组评估.从元组中提取单个值是独立且懒惰(并缓存)完成的.因此上述双实例化代码生成x,y和x$1类型的字段Tuple2.

Answer 3

使用Scala 2.10,一个懒惰的值如:

class Example {
  lazy val x = "Value";
}

被编译为类似于以下Java代码的字节代码:

public class Example {

  private String x;
  private volatile boolean bitmap$0;

  public String x() {
    if(this.bitmap$0 == true) {
      return this.x;
    } else {
      return x$lzycompute();
    }
  }

  private String x$lzycompute() {
    synchronized(this) {
      if(this.bitmap$0 != true) {
        this.x = "Value";
        this.bitmap$0 = true;
      }
      return this.x;
    }
  }
}

请注意,位图由a表示boolean.如果添加另一个字段,编译器会将字段的大小增加到能够表示至少2个值,即a byte.这只适用于大型课程.

但你可能想知道为什么这样有效？进入同步块时必须清除线程本地高速缓存,以便将非易失性x值刷新到内存中.这篇博客文章给出了解释.

Answer 4

Scala SIP-20提出了一个新的lazy val实现,它更正确但比"当前"版本慢约25%.

该建议的实施是这样的:

class LazyCellBase { // in a Java file - we need a public bitmap_0
  public static AtomicIntegerFieldUpdater<LazyCellBase> arfu_0 =
    AtomicIntegerFieldUpdater.newUpdater(LazyCellBase.class, "bitmap_0");
  public volatile int bitmap_0 = 0;
}
final class LazyCell extends LazyCellBase {
  import LazyCellBase._
  var value_0: Int = _
  @tailrec final def value(): Int = (arfu_0.get(this): @switch) match {
    case 0 =>
      if (arfu_0.compareAndSet(this, 0, 1)) {
        val result = 0
        value_0 = result
        @tailrec def complete(): Unit = (arfu_0.get(this): @switch) match {
          case 1 =>
            if (!arfu_0.compareAndSet(this, 1, 3)) complete()
          case 2 =>
            if (arfu_0.compareAndSet(this, 2, 3)) {
              synchronized { notifyAll() }
            } else complete()
        }
        complete()
        result
      } else value()
    case 1 =>
      arfu_0.compareAndSet(this, 1, 2)
      synchronized {
        while (arfu_0.get(this) != 3) wait()
      }
      value_0
    case 2 =>
      synchronized {
        while (arfu_0.get(this) != 3) wait()
      }
      value_0
    case 3 => value_0
  }
}

截至2013年6月,该SIP尚未获得批准.我希望它可能会被批准并包含在基于邮件列表讨论的Scala的未来版本中.因此,我认为你应该明智地注意Daniel Spiewak的观察:

Lazy val*不*免费(甚至便宜).只有在绝对需要懒惰才能获得正确性而不是优化时才使用它.

Answer 5

我写了一篇关于这个问题的帖子https://dzone.com/articles/cost-laziness

简而言之,惩罚是如此之小,以至于在实践中你可以忽略它.