关于复制案例类的表现

Question

我有两个案例类：addSmall和addBig. addSmall只包含一个字段。 addBig包含多个字段。

case class AddSmall(set: Set[Int] = Set.empty[Int]) {
  def add(e: Int) = copy(set + e)
}

case class AddBig(set: Set[Int] = Set.empty[Int]) extends Foo {
  def add(e: Int) = copy(set + e)
}

trait Foo {
  val a = "a"; val b = "b"; val c = "c"; val d = "d"; val e = "e"
  val f = "f"; val g = "g"; val h = "h"; val i = "i"; val j = "j"
  val k = "k"; val l = "l"; val m = "m"; val n = "n"; val o = "o"
  val p = "p"; val q = "q"; val r = "r"; val s = "s"; val t = "t"
}

使用 JMH 的快速基准测试表明，addBig即使我只更改一个字段，复制对象的成本也更高。

import java.util.concurrent.TimeUnit
import org.openjdk.jmh.annotations._

@State(Scope.Benchmark)
class AddState {
  var elem: Int = _
  var addSmall: AddSmall = _
  var addBig: AddBig = _

  @Setup(Level.Trial)
  def setup(): Unit = {
    addSmall = AddSmall()
    addBig = AddBig()
    elem = 1
  }
}

@OutputTimeUnit(TimeUnit.MILLISECONDS)
@BenchmarkMode(Array(Mode.Throughput))
class SetBenchmark {
  @Benchmark
  def addSmall(state: AddState): AddSmall = {
    state.addSmall.add(state.elem)
  }

  @Benchmark
  def addBig(state: AddState): AddBig = {
    state.addBig.add(state.elem)
  }
}

结果表明，复制addBig比复制慢 10 倍以上addSmall！

> jmh:run -i 5 -wi 5 -f1 -t1
[info] Benchmark                                   Mode  Cnt       Score       Error   Units
[info] LocalBenchmarks.Set.SetBenchmark.addBig    thrpt    5   10732.569 ±   349.577  ops/ms
[info] LocalBenchmarks.Set.SetBenchmark.addSmall  thrpt    5  126711.722 ± 10538.611  ops/ms

为什么复制对象要慢得多addBig？ 据我了解结构共享，由于所有字段都是不可变的，因此复制对象应该非常有效，因为它只需要存储更改（“delta”），在这种情况下只是 set s，因此应该提供与相同的性能addSmall.

---

编辑：当状态是案例类的一部分时，会出现相同的性能问题。

case class AddBig(set: Set[Int] = Set.empty[Int], a: String = "a", b: String = "b", ...) {
  def add(e: Int) = copy(set + e)
}

Answer 1

我想，这是因为AddBigclass 扩展了Footrait，它具有所有这些String字段 - ato t。看起来，在结果对象中，它们将被声明为常规字段，而不是与staticJava 相比的字段，因此为对象分配内存可能是导致复制性能变慢的根本原因。

更新：为了验证这个理论，您可以尝试使用 JOL（Java 对象布局）工具 - openjdk.java.net/projects/code-tools/jol

下面是简单的代码示例：

import org.openjdk.jol.info.{ClassLayout, GraphLayout}
println(ClassLayout.parseClass(classOf[AddSmall]).toPrintable())
println(ClassLayout.parseClass(classOf[AddBig]).toPrintable())

println(GraphLayout.parseInstance(AddSmall()).toPrintable)
println(GraphLayout.parseInstance(AddBig()).toPrintable)

在我的情况下，它产生了下一个输出（答案可读性的简短版本）：

xample.AddSmall object internals:
 OFFSET  SIZE                             TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0    12                                  (object header)                           N/A
     12     4   scala.collection.immutable.Set AddSmall.set                              N/A
Instance size: 16 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

example.AddBig object internals:
 OFFSET  SIZE                             TYPE DESCRIPTION                               VALUE
      0    12                                  (object header)                           N/A
     12     4   scala.collection.immutable.Set AddBig.set                                N/A
     16     4                 java.lang.String AddBig.a                                  N/A
     20     4                 java.lang.String AddBig.b                                  N/A
     24     4                 java.lang.String AddBig.c                                  N/A

Instance size: 96 bytes
Space losses: 0 bytes internal + 0 bytes external = 0 bytes total

example.AddSmall@ea1a8d5d object externals:
          ADDRESS       SIZE TYPE                                     PATH                           VALUE
        770940b28         16 example.AddSmall                                                        (object)
        770940b38     470456 (something else)                         (somewhere else)               (something else)
        7709b38f0         16 scala.collection.immutable.Set$EmptySet$ .set                           (object)


example.AddBig@480bdb19d object externals:
          ADDRESS       SIZE TYPE                                     PATH                           VALUE
        770143658         24 java.lang.String                         .h                             (object)
        770143670         24 [C                                       .h.value                       [h]
        770143688      15536 (something else)                         (somewhere else)               (something else)
        770147338         24 java.lang.String                         .m                             (object)
        770147350         24 [C                                       .m.value                       [m]
        770147368    1104264 (something else)                         (somewhere else)               (something else)
        770254cf0         24 java.lang.String                         .r                             (object)
        770254d08         24 [C                                       .r.value                       [r]
        770254d20    7140768 (something else)                         (somewhere else)               (something else)
        7709242c0         24 java.lang.String                         .a                             (object)

因此，您可以看到来自父特征的字段也成为类字段，因此将与对象一起复制。

希望这可以帮助！