草庐IT

【其他】快出数量级的性能是怎样炼成的

No8g攻城狮 2023-03-28 原文

? 作者简介:No8g攻城狮,热衷分享,喜欢原创~ 关注我会给你带来一些不一样的认知和成长,专注于研究 Java/Spring/SpringBoot/大数据/计算机底层原理/源码,就职于大型物联网公司后端高级工程师,擅长物联网领域的高安全/可用/并发/性能的架构设计与演进、系统优化与稳定性建设。?
? CSDN认证博客专家博主/后端领域优质创作者/内容合伙人、阿里云/华为云/签约博主、InfoQ/掘金社区/OSCHINA签约作者,全网7万多粉丝支持! ?
? 如果此文还不错的话,还请?点赞、关注、收藏三连支持?一下博主~ 十分感谢,发布的博客会不定期送书的福利哈~ ?

我们之前做过一些性能优化的案例,不算很多,还没有失手过。少则提速数倍,多则数十倍,极端情况还有提速上千倍的。提速一个数量级基本上是常态。下面是一些案例材料:

开源 SPL 提速保险公司团保明细单查询 2000+ 倍
开源 SPL 提升银行自助分析从 5 并发到 100 并发
开源 SPL 提速银行用户画像客群交集计算 200+ 倍
开源 SPL 优化银行预计算固定查询成实时灵活查询
开源 SPL 将银行手机账户查询的预先关联变成实时关联
开源 SPL 提速银行资金头寸报表 20+ 倍
开源 SPL 提速银行贷款协议跑批 10+ 倍
开源 SPL 优化保险公司跑批优从 2 小时到 17 分钟
开源 SPL 提速银行 POS 机交易报表 30+ 倍
开源 SPL 提速银行贷款跑批任务 150+ 倍
开源 SPL 提速资产负债表 60 倍

这是怎么做到的呢?
这些被提速的场景都有一个共同点:原先都是用各种数据库(也有HADOOP/Spark)上的SQL实现的,包括查询用的几百行SQL也有跑批用的几千行存储过程,然后我们改用集算器的SPL重新实现之后就有了这样的效果。
集算器SPL有什么神奇之处?是不是能让各种运算跑得更快?
有点遗憾,并没有这样的好事。集算器也是一个软件,而且是用Java写的,完成同样运算通常比C/C++写的数据库还要慢一点。
那是怎么回事?

根本原因在于我们用SPL实现了不同的算法。软件不能提高硬件的速度,但我们可以设计出更低复杂度的算法,有效地减少计算量,然后速度自然就上去了。一个运算任务本来要做1亿次加法,如果能减到100万次,那自然就能快100倍,即使每次运算都变得稍慢一点,总体性能仍然会提高,这一点也不神奇。
只要能实现高性能算法和存储,用什么技术来做并不重要了。用C/C++、Java当然都能做出来。事实上,集算器是用Java写的,用Java直接实现这些算法原则上还会更快一点,用C/C++ 一般还能更快(Java的内存分配消耗时间还是有点多)。
不过,虽然用Java和C++能写出比SPL更快的代码,但要长得多(估计会长出50-100倍),这会导致开发工作量过大,这在实际应用时也是要权衡的一个指标。有时候,跑得快和写着简单其实是一回事,就是能高效率地实现高性能算法。
集算器的SPL中强化了结构化数据的数据类型,并提供了很多基础的高性能算法。写代码就是组合运用这些算法,当然会方便得多。要说神奇之处,也就是这一点了。

那么,继续SQL就不能做到同样的事吗?
是的。SQL设计得过于粗线条,关系代数这个理论基础中缺乏很多数据类型和基础运算,很多高性能算法都无法描述,结果只能使用慢算法。虽然现在很多数据库和大数据平台都在工程上有所优化,但也只能针对简单的场景,情况复杂之后数据库的优化器都会“晕”掉,所以解决不了根本问题。这是个理论上的问题,无法在工程层面解决。
SPL基于的理论基础不再是关系代数,而是我们发明的离散数据集。在这个体系下有更多的数据类型和运算,就能写出更多高性能算法了。SPL是离散数据集的一种实现,封装了许多现成的算法。用Java和C++当然也能从头来实现这个代数体系,因而都能写出来高性能代码。而SQL却不可以。

举个简单的例子,我们想在1亿条数据中取出前10名,用SQL写出来是这样的:

select top 10 x,y from T order by x desc

这个语句中有个order by,严格按它执行就会涉及大排序,而排序非常慢。其实我们可以想出一个不用大排序的算法,但用SQL却无法描述,只能指望数据库优化器了。对于这句SQL描述的简单情况,很多商用数据库确实都能优化,使用不必大排序的算法,性能通常很好。但情况复杂一些,比如在每个分组中取前10名,要用窗口函数和子查询把SQL写成这样:

select * from
    (select y,*,row_number() over (partition by y order by x desc) rn from T)
where rn<=10

这时候,数据库优化器就会犯晕了,猜不出这句SQL的目的,只能老老实实地执行排序的逻辑(这个语句中还是有order by的字样),结果性能陡降。
而SPL不一样,离散数据集中有普遍集合的概念,TopN这种运算被认为是和SUM和COUNT一样的聚合运算,只不过返回值是个集合而已。这时候写出来的取前10名的语句中并没有排序动作:

T.groups(;top(-5;x))

分组后的写法也很简单,都不需要执行大排序:

T.groups(y;top(-5;x))

这里 性能优化技巧:TopN 还有关于这个问题的更详细测试对比。

所以,我们做性能优化时要重写代码,不能继续使用SQL保持兼容。要读懂原来的逻辑重新实现,这个工作量还是很大的,不过能换来数倍数十倍的性能提升,常常还是值得的。
另外,存储也非常重要,好算法要有合适的存储机制配合才能生效,所以不能继续把数据继续存在数据库里获得高性能,需要搬出来换种办法组织存放。改变存储后,有可能把原来需要缓存的计算过程变成不需要了,原来要遍历多遍的运算变成只遍历一次甚至不用遍历了,减少硬盘访问量对性能的提升非常有效。

从上面这个原理上看,如果我们不能针对计算目标设计出更好的算法,那就做不到提速了。比如一个很简单的大表求和,用SQL要做1亿次,用SPL也要做1亿次,那就不可能做得更快,一般还会更慢一点(Java赶不上C/C++)。但是,当运算任务足够复杂时,碰到几百上千行的嵌套N层SQL(慢的SQL通常也不会太简单),几乎总能找到足够多可优化的环节,所以我们经历过的案子还没有失手过。结果,在实践上用Java写出来集算器大幅度超越了C/C++写的数据库,这都是算法造就的。
我们甚至曾经发过一个广告 慢得受不了的查询跑批
寻找用SQL写的慢过程,我们负责提速一个数量级。

换个角度再看这个提速原理:高性能靠的不是代码,而是代数,代码只是个实现手段而已。其中最关键的是掌握和运用这些算法,而不是SPL语法。SPL语法很简单,比Java容易多了,两小时就能基本上手,两三周就能比较熟练了。但算法却没那么简单,需要认真学习反复练习才能掌握。这些案例直接由没有经验的用户自己做常常效果并不好,主要原因也是对算法没有吃透。
反过来,而只要掌握了算法,用什么语法就是个相对次要的问题了(当然用SQL这种太粗线条的语言还是不行)。这就像给病人看病,找出病理原因后,能分析出什么成分的药能管用。无论直接购买成药(使用封装过的SPL),还是上山采药(使用Java/C++硬写),都可以治好病,无非就是麻烦程度和支付成本不同。

可能有读者对SPL提供了哪些与SQL不同的高性能算法感兴趣,推荐一下乾学院上的性能优化图书 【性能优化】 前言及目录 和视频课程 《性能优化》课程
我们已经把这些算法都整理成有体系的知识了。有些算法是业界首创的,其它教科书和论文中都找不到。
跟着这些图书课程学习,掌握这些算法后,就可以自己写到快出数量级的高性能代码。即使自己不写代码,也能理解原理,不会再被很多大数据产品喊什么“万亿秒查”的说法忽悠了。

SPL资料

**本文首发于CSDN,为博主原创文章,如果需要转载,请注明出处,谢谢!**

有关【其他】快出数量级的性能是怎样炼成的的更多相关文章

  1. ruby - 其他文件中的 Rake 任务 - 2

    我试图在一个项目中使用rake,如果我把所有东西都放到Rakefile中,它会很大并且很难读取/找到东西,所以我试着将每个命名空间放在lib/rake中它自己的文件中,我添加了这个到我的rake文件的顶部:Dir['#{File.dirname(__FILE__)}/lib/rake/*.rake'].map{|f|requiref}它加载文件没问题,但没有任务。我现在只有一个.rake文件作为测试,名为“servers.rake”,它看起来像这样:namespace:serverdotask:testdoputs"test"endend所以当我运行rakeserver:testid时

  2. ruby - 如何将脚本文件的末尾读取为数据文件(Perl 或任何其他语言) - 2

    我正在寻找执行以下操作的正确语法(在Perl、Shell或Ruby中):#variabletoaccessthedatalinesappendedasafileEND_OF_SCRIPT_MARKERrawdatastartshereanditcontinues. 最佳答案 Perl用__DATA__做这个:#!/usr/bin/perlusestrict;usewarnings;while(){print;}__DATA__Texttoprintgoeshere 关于ruby-如何将脚

  3. ruby-on-rails - 如果我将 ruby​​ 版本 2.5.1 与 rails 版本 2.3.18 一起使用会怎样? - 2

    如果我使用ruby​​版本2.5.1和Rails版本2.3.18会怎样?我有基于rails2.3.18和ruby​​1.9.2p320构建的rails应用程序,我只想升级ruby的版本,而不是rails,这可能吗?我必须面对哪些挑战? 最佳答案 GitHub维护apublicfork它有针对旧Rails版本的分支,有各种变化,它们一直在运行。有一段时间,他们在较新的Ruby版本上运行较旧的Rails版本,而不是最初支持的版本,因此您可能会发现一些关于需要向后移植的有用提示。不过,他们现在已经有几年没有使用2.3了,所以充其量只能让更

  4. ruby - 调用其他方法的 TDD 方法的正确方法 - 2

    我需要一些关于TDD概念的帮助。假设我有以下代码defexecute(command)casecommandwhen"c"create_new_characterwhen"i"display_inventoryendenddefcreate_new_character#dostufftocreatenewcharacterenddefdisplay_inventory#dostufftodisplayinventoryend现在我不确定要为什么编写单元测试。如果我为execute方法编写单元测试,那不是几乎涵盖了我对create_new_character和display_invent

  5. java - 我的模型类或其他类中应该有逻辑吗 - 2

    我只想对我一直在思考的这个问题有其他意见,例如我有classuser_controller和classuserclassUserattr_accessor:name,:usernameendclassUserController//dosomethingaboutanythingaboutusersend问题是我的User类中是否应该有逻辑user=User.newuser.do_something(user1)oritshouldbeuser_controller=UserController.newuser_controller.do_something(user1,user2)我

  6. 怎样用一台手机做自媒体? - 2

    其实做自媒体的成本并不高,入门只需要一部手机即可!在手机上找视频素材、使用手机剪辑视频、最后使用手机发布视频作品获得收益!方法并不难,今天这期内容就来给粉丝们分享一种小方法,每天稳定收益100-300,抓紧点赞收藏!1、找素材(1)使用手机拍摄自己喜欢的经典段落,使用程序把文案内容提取出来(2)也可以在豆瓣、知乎、微博等网站中找一些自己需要的文案素材(3)把文案进行润色修改,可以加入一些自己的观点(4)视频素材可以使用软件中自带的素材,也可以在素材网站中下载完整版的素材2、文案配音(1)把复制好的文案直接导入小程序中(2)调整音色、音调后一键合成音频即可(3)可以选择自己朗读配音,需要花一点时

  7. HBase Region 简介和建议数量&大小 - 2

    Region是HBase数据管理的基本单位,region有一点像关系型数据的分区。region中存储这用户的真实数据,而为了管理这些数据,HBase使用了RegionSever来管理region。Region的结构hbaseregion的大小设置默认情况下,每个Table起初只有一个Region,随着数据的不断写入,Region会自动进行拆分。刚拆分时,两个子Region都位于当前的RegionServer,但处于负载均衡的考虑,HMaster有可能会将某个Region转移给其他的RegionServer。RegionSplit时机:当1个region中的某个Store下所有StoreFile

  8. ruby - 我怎样才能只写一次 "Text"并同时检查 path_info 是否包含 'A' ? - 2

    -if!request.path_info.include?'A'%{:id=>'A'}"Text"-else"Text"“文本”写了两次。我怎样才能只写一次并同时检查path_info是否包含“A”? 最佳答案 有两种方法可以做到这一点。使用部分,或使用content_forblock:如果“文本”较长,或者是一个重要的子树,您可以将其提取到一个部分。这会使您的代码变干一点。在给出的示例中,这似乎有点矫枉过正。在这种情况下更好的方法是使用content_forblock,如下所示:-if!request.path_info.inc

  9. ruby-on-rails - rspec - 我怎样才能让 "pendings"有我的文本而不仅仅是 "No reason given" - 2

    我有这个代码:context"Visitingtheusers#indexpage."dobefore(:each){visitusers_path}subject{page}pending('iii'){shouldhave_no_css('table#users')}pending{shouldhavecontent('Youhavereachedthispageduetoapermissionic错误')}它会导致几个待处理,例如ManagingUsersGivenapractitionerloggedin.Visitingtheusers#indexpage.#Noreason

  10. Ruby 的数字方法性能 - 2

    我正在使用Ruby解决一些ProjectEuler问题,特别是这里我要讨论的问题25(Fibonacci数列中包含1000位数字的第一项的索引是多少?)。起初,我使用的是Ruby2.2.3,我将问题编码为:number=3a=1b=2whileb.to_s.length但后来我发现2.4.2版本有一个名为digits的方法,这正是我需要的。我转换为代码:whileb.digits.length当我比较这两种方法时,digits慢得多。时间./025/problem025.rb0.13s用户0.02s系统80%cpu0.190总计./025/problem025.rb2.19s用户0.0

随机推荐