Haskell Thrift库在性能测试中比C++慢300倍

Question

我正在构建一个包含两个组件的应用程序 - 用Haskell编写的服务器和用Qt(C++)编写的客户端.我正在使用节俭来传达它们,我想知道它为什么这么慢.

我进行了性能测试,这是我机器上的结果

结果

C++ server and C++ client:

Sending 100 pings                    -    13.37 ms
Transfering 1000000 size vector      -   433.58 ms
Recieved: 3906.25 kB
Transfering 100000 items from server -  1090.19 ms
Transfering 100000 items to server   -   631.98 ms

Haskell server and C++ client:

Sending 100 pings                       3959.97 ms
Transfering 1000000 size vector      - 12481.40 ms
Recieved: 3906.25 kB
Transfering 100000 items from server - 26066.80 ms
Transfering 100000 items to server   -  1805.44 ms

为什么Haskell在这个测试中这么慢？如何提高性能？

这是文件:

档

performance.thrift

namespace hs test
namespace cpp test

struct Item {
    1: optional string    name
    2: optional list<i32> coordinates
}

struct ItemPack {
    1: optional list<Item>     items
    2: optional map<i32, Item> mappers
}


service ItemStore {
    void ping()
    ItemPack getItems(1:string name, 2: i32 count) 
    bool     setItems(1: ItemPack items)

    list<i32> getVector(1: i32 count)
}

Main.hs

{-# LANGUAGE ScopedTypeVariables #-}   
module Main where

import           Data.Int  
import           Data.Maybe (fromJust) 
import qualified Data.Vector as Vector
import qualified Data.HashMap.Strict  as HashMap
import           Network

-- Thrift libraries
import           Thrift.Server

-- Generated Thrift modules
import Performance_Types
import ItemStore_Iface
import ItemStore


i32toi :: Int32 -> Int
i32toi = fromIntegral

itoi32 :: Int -> Int32
itoi32 = fromIntegral

port :: PortNumber
port = 9090

data ItemHandler = ItemHandler

instance ItemStore_Iface ItemHandler where
    ping _                   = return () --putStrLn "ping"
    getItems _ mtname mtsize = do 
        let size = i32toi $ fromJust mtsize
            item i = Item mtname (Just $ Vector.fromList $ map itoi32 [i..100])
            items = map item [0..(size-1)]
            itemsv = Vector.fromList items 
            mappers = zip (map itoi32 [0..(size-1)]) items 
            mappersh = HashMap.fromList mappers
            itemPack = ItemPack (Just itemsv) (Just mappersh)
        putStrLn "getItems"
        return itemPack

    setItems _ _             = do putStrLn "setItems"
                                  return True

    getVector _ mtsize       = do putStrLn "getVector"
                                  let size = i32toi $ fromJust mtsize
                                  return $ Vector.generate size itoi32

main :: IO ()
main = do
    _ <- runBasicServer ItemHandler process port 
    putStrLn "Server stopped"

ItemStore_client.cpp

#include <iostream>
#include <chrono>
#include "gen-cpp/ItemStore.h"

#include <transport/TSocket.h>
#include <transport/TBufferTransports.h>
#include <protocol/TBinaryProtocol.h>

using namespace apache::thrift;
using namespace apache::thrift::protocol;
using namespace apache::thrift::transport;

using namespace test;
using namespace std;

#define TIME_INIT  std::chrono::_V2::steady_clock::time_point start, stop; \
                   std::chrono::duration<long long int, std::ratio<1ll, 1000000000ll> > duration;
#define TIME_START start = std::chrono::steady_clock::now(); 
#define TIME_END   duration = std::chrono::steady_clock::now() - start; \
                   std::cout << chrono::duration <double, std::milli> (duration).count() << " ms" << std::endl;

int main(int argc, char **argv) {

    boost::shared_ptr<TSocket> socket(new TSocket("localhost", 9090));
    boost::shared_ptr<TTransport> transport(new TBufferedTransport(socket));
    boost::shared_ptr<TProtocol> protocol(new TBinaryProtocol(transport));

    ItemStoreClient server(protocol);
    transport->open();

    TIME_INIT

    long pings = 100;
    cout << "Sending " << pings << " pings" << endl;
    TIME_START
    for(auto i = 0 ; i< pings ; ++i)
        server.ping();
    TIME_END


    long vectorSize = 1000000;

    cout << "Transfering " << vectorSize << " size vector" << endl;
    std::vector<int> v;
    TIME_START
    server.getVector(v, vectorSize);
    TIME_END
    cout << "Recieved: " << v.size()*sizeof(int) / 1024.0 << " kB" << endl;


    long itemsSize = 100000;

    cout << "Transfering " << itemsSize << " items from server" << endl;
    ItemPack items;
    TIME_START
    server.getItems(items, "test", itemsSize);
    TIME_END


    cout << "Transfering " << itemsSize << " items to server" << endl;
    TIME_START
    server.setItems(items);
    TIME_END

    transport->close();

    return 0;
}

ItemStore_server.cpp

#include "gen-cpp/ItemStore.h"
#include <thrift/protocol/TBinaryProtocol.h>
#include <thrift/server/TSimpleServer.h>
#include <thrift/transport/TServerSocket.h>
#include <thrift/transport/TBufferTransports.h>

#include <map>
#include <vector>

using namespace ::apache::thrift;
using namespace ::apache::thrift::protocol;
using namespace ::apache::thrift::transport;
using namespace ::apache::thrift::server;


using namespace test;
using boost::shared_ptr;

class ItemStoreHandler : virtual public ItemStoreIf {
  public:
    ItemStoreHandler() {
    }

    void ping() {
        // printf("ping\n");
    }

    void getItems(ItemPack& _return, const std::string& name, const int32_t count) {

        std::vector <Item> items;
        std::map<int, Item> mappers;

        for(auto i = 0 ; i < count ; ++i){
            std::vector<int> coordinates;
            for(auto c = i ; c< 100 ; ++c)
                coordinates.push_back(c);

            Item item;
            item.__set_name(name);
            item.__set_coordinates(coordinates);

            items.push_back(item);
            mappers[i] = item;
        }

        _return.__set_items(items);
        _return.__set_mappers(mappers);
        printf("getItems\n");
    }

    bool setItems(const ItemPack& items) {
        printf("setItems\n");
        return true;
    }

    void getVector(std::vector<int32_t> & _return, const int32_t count) {
        for(auto i = 0 ; i < count ; ++i)
            _return.push_back(i);
        printf("getVector\n");
    }
};

int main(int argc, char **argv) {
    int port = 9090;
    shared_ptr<ItemStoreHandler> handler(new ItemStoreHandler());
    shared_ptr<TProcessor> processor(new ItemStoreProcessor(handler));
    shared_ptr<TServerTransport> serverTransport(new TServerSocket(port));
    shared_ptr<TTransportFactory> transportFactory(new TBufferedTransportFactory());
    shared_ptr<TProtocolFactory> protocolFactory(new TBinaryProtocolFactory());

    TSimpleServer server(processor, serverTransport, transportFactory, protocolFactory);
    server.serve();
    return 0;
}

Makefile文件

GEN_SRC := gen-cpp/ItemStore.cpp gen-cpp/performance_constants.cpp gen-cpp/performance_types.cpp
GEN_OBJ := $(patsubst %.cpp,%.o, $(GEN_SRC))

THRIFT_DIR := /usr/local/include/thrift
BOOST_DIR := /usr/local/include

INC := -I$(THRIFT_DIR) -I$(BOOST_DIR)

.PHONY: all clean

all:   ItemStore_server ItemStore_client

%.o: %.cpp
    $(CXX) --std=c++11 -Wall -DHAVE_INTTYPES_H -DHAVE_NETINET_IN_H $(INC) -c $< -o $@

ItemStore_server: ItemStore_server.o $(GEN_OBJ) 
    $(CXX) $^ -o $@ -L/usr/local/lib -lthrift -DHAVE_INTTYPES_H -DHAVE_NETINET_IN_H

ItemStore_client: ItemStore_client.o $(GEN_OBJ)
    $(CXX) $^ -o $@ -L/usr/local/lib -lthrift -DHAVE_INTTYPES_H -DHAVE_NETINET_IN_H

clean:
    $(RM) *.o ItemStore_server ItemStore_client

编译并运行

我生成文件(使用节俭0.9可在这里用):

$ thrift --gen cpp performance.thrift
$ thrift --gen hs performance.thrift

编译

$ make
$ ghc Main.hs gen-hs/ItemStore_Client.hs gen-hs/ItemStore.hs gen-hs/ItemStore_Iface.hs gen-hs/Performance_Consts.hs gen-hs/Performance_Types.hs -Wall -O2

运行Haskell测试:

$ ./Main& 
$ ./ItemStore_client

运行C++测试:

$ ./ItemStore_server&
$ ./ItemStore_client

记得在每次测试后杀死服务器

更新

编辑getVector使用的方法Vector.generate代替Vector.fromList,但仍然没有效果

更新2

由于@MdxBhmt的建议,我测试了getItems如下函数:

getItems _ mtname mtsize = do let size = i32toi $! fromJust mtsize
                                  item i = Item mtname (Just $!  Vector.enumFromN (i::Int32) (100- (fromIntegral i)))
                                  itemsv = Vector.map item  $ Vector.enumFromN 0  (size-1)
                                  itemPack = ItemPack (Just itemsv) Nothing 
                              putStrLn "getItems"
                              return itemPack

这是严格的,并根据我原来的实现改进了Vector生成与替代方案:

getItems _ mtname mtsize = do let size = i32toi $ fromJust mtsize
                                  item i = Item mtname (Just $ Vector.fromList $ map itoi32 [i..100])
                                  items = map item [0..(size-1)]
                                  itemsv = Vector.fromList items 
                                  itemPack = ItemPack (Just itemsv) Nothing
                              putStrLn "getItems"
                              return itemPack

请注意,没有发送HashMap.第一个版本给出时间12338.2毫秒,第二个版本给出11698.7毫秒,没有加速:(

更新3

我向Thrift Jira报道了一个问题

abhinav更新4

这完全不科学,但使用GHC 7.8.3和Thrift 0.9.2以及@ MdxBhmt的版本getItems,差异显着减少.

C++ server and C++ client:

Sending 100 pings:                     8.56 ms
Transferring 1000000 size vector:      137.97 ms
Recieved:                              3906.25 kB
Transferring 100000 items from server: 467.78 ms
Transferring 100000 items to server:   207.59 ms

Haskell server and C++ client:

Sending 100 pings:                     24.95 ms
Recieved:                              3906.25 kB
Transferring 1000000 size vector:      378.60 ms
Transferring 100000 items from server: 233.74 ms
Transferring 100000 items to server:   913.07 ms

执行了多次执行,每次都重新启动服务器.结果是可重复的.

请注意,原始问题的源代码(使用@ MdxBhmt的getItems实现)将不会按原样编译.必须进行以下更改:

getItems _ mtname mtsize = do let size = i32toi $! fromJust mtsize
                                  item i = Item mtname (Just $!  Vector.enumFromN (i::Int32) (100- (fromIntegral i)))
                                  itemsv = Vector.map item  $ Vector.enumFromN 0  (size-1)
                                  itemPack = ItemPack (Just itemsv) Nothing 
                              putStrLn "getItems"
                              return itemPack

getVector _ mtsize       = do putStrLn "getVector"
                              let size = i32toi $ fromJust mtsize
                              return $ Vector.generate size itoi32

Answer 1

每个人都指出,罪魁祸首是节俭库,但我会专注于你的代码(我可以帮助你获得一些速度)

使用代码的简化版本,您可以在其中计算itemsv:

testfunc mtsize =  itemsv
  where size = i32toi $ fromJust mtsize
        item i = Item (Just $ Vector.fromList $ map itoi32 [i..100])
        items = map item [0..(size-1)]
        itemsv = Vector.fromList items 

首先,您要创建许多中间数据item i.由于懒惰,那些小而快速计算的向量会成为数据的延迟,当我们可以立即获得它们时.

有2个仔细放置$!,代表严格的评价:

 item i = Item (Just $! Vector.fromList $! map itoi32 [i..100])

将使运行时间减少25%(对于大小1e5和1e6).

但是这里存在一个更有问题的模式:您生成一个列表以将其转换为向量,而不是直接构建向量.

查看最后两行,创建一个列表 - >映射一个函数 - >转换为一个向量.

好吧,矢量与列表非常相似,你可以做类似的事情!所以你必须在它上面生成一个vector - > vector.map并完成.不再需要将列表转换为向量,并且向量上的maping通常比列表更快!

所以你可以摆脱items并重写以下内容itemsv:

  itemsv = Vector.map item  $ Vector.enumFromN 0  (size-1)

重新应用相同的逻辑item i,我们消除所有列表.

testfunc3 mtsize = itemsv
   where 
      size = i32toi $! fromJust mtsize
      item i = Item (Just $!  Vector.enumFromN (i::Int32) (100- (fromIntegral i)))
      itemsv = Vector.map item  $ Vector.enumFromN 0  (size-1)

这比初始运行时减少了50%.

Answer 2

您应该查看Haskell分析方法,以查找程序使用/分配的资源以及位置.

在这一章分析在真实世界哈斯克尔是一个很好的起点.

Answer 3

这与user13251所说的完全一致:thrift的haskell实现意味着大量的小读取.

EG:在Thirft.Protocol.Binary中

readI32 p = do
    bs <- tReadAll (getTransport p) 4
    return $ Data.Binary.decode bs

让我们忽略其他奇数位,现在只关注它.这说:"读取32位int:从传输中读取4个字节,然后解码这个懒惰的字节串."

传输方法使用lazy bytestring hGet准确读取4个字节.hGet将执行以下操作:分配4字节的缓冲区,然后使用hGetBuf填充此缓冲区.hGetBuf可能正在使用内部缓冲区,具体取决于Handle的初始化方式.

所以可能会有一些缓冲.即便如此,这意味着hasrell的Thrift正在为每个整数单独执行读/解码循环.每次分配一个小内存缓冲区.哎哟!

如果没有修改Thrift库来执行更大的字节串读取,我真的没有办法解决这个问题.

然后在thrift实现中还有其他奇怪之处:使用类作为方法结构.虽然它们看起来很相似,并且可以像方法结构那样起作用,有时甚至可以作为方法结构实现:它们不应该被视为这样.请参阅"Existential Typeclass"反模式:

• http://lukepalmer.wordpress.com/2010/01/24/haskell-antipattern-existential-typeclass/

测试实现的一个奇怪部分:

• 生成Ints数组只是为了立即将它们更改为Int32s,只是立即打包到Int32s的Vector中.立即生成矢量就足够快.

虽然,我怀疑,这不是性能问题的主要来源.

Answer 4

我没有在Haskell服务器中看到任何对缓冲的引用.在C++中,如果不缓冲,则对每个vector/list元素进行一次系统调用.我怀疑在Haskell服务器中发生了同样的事情.

我没有直接在Haskell中看到缓冲传输.作为实验,您可能希望更改客户端和服务器以使用框架传输.Haskell确实有一个框架式传输,它是缓冲的.请注意,这将改变电线布局.

作为一个单独的实验,您可能希望为C++关闭缓存,并查看性能数字是否具有可比性.

Answer 5

您正在使用的基本thrift服务器的Haskell实现在内部使用线程,但您没有编译它以使用多个内核.

要再次做了测试使用多个内核,改变你的命令行编译Haskell的程序,包括-rtsopts和-threaded,然后运行最终的二进制像./Main -N4 &,其中4是内核使用的数量.