Tại sao Go quá chậm (so với Java)?

Như chúng ta có thể thấy từ Trò chơi Điểm chuẩn Ngôn ngữ Máy tính năm 2010:

• Go trung bình chậm hơn 10 lần so với C
• Go chậm hơn Java gấp 3 lần !?

Làm thế nào điều này có thể được, hãy nhớ rằng trình biên dịch Go tạo ra mã gốc để thực thi?
Trình biên dịch chưa hoàn thiện cho Go? Hoặc có một số vấn đề nội tại với ngôn ngữ cờ vây?

CHỈNH SỬA:
Hầu hết các câu trả lời đều phủ nhận sự chậm chạp nội tại của Go wear, cho rằng vấn đề nằm ở các trình biên dịch chưa trưởng thành.
Do đó, tôi đã thực hiện một số thử nghiệm riêng để tính toán số Fibonacci : Thuật toán lặp lại chạy trong Go (freebsd, 6g) với sametốc độ như trong C (với tùy chọn O3). Đệ quy buồn tẻ chạy trong Go 2 timeschậm hơn trong C (với tùy chọn -O3; với -O0 - giống nhau). Nhưng tôi chưa thấy giảm 10 lần như trong Trò chơi điểm chuẩn.

Các trình biên dịch 6g và 8g không đặc biệt tối ưu hóa, vì vậy mã mà chúng tạo ra không đặc biệt nhanh.

Chúng được thiết kế để tự chạy nhanh và tạo ra mã ổn (có một chút tối ưu hóa). gccgosử dụng các thẻ tối ưu hóa hiện có của GCC và có thể cung cấp một so sánh hữu ích hơn với C, nhưng gccgo vẫn chưa hoàn thiện về tính năng.

Số liệu điểm chuẩn gần như hoàn toàn về chất lượng thực hiện. Chúng không liên quan nhiều đến ngôn ngữ như vậy, ngoại trừ mức độ triển khai dành thời gian chạy để hỗ trợ các tính năng ngôn ngữ mà điểm chuẩn không thực sự cần. Trong hầu hết các ngôn ngữ đã biên dịch, một trình biên dịch đủ thông minh về lý thuyết có thể loại bỏ những gì không cần thiết, nhưng có một điểm là bạn đang gian lận bản trình diễn, vì rất ít người dùng thực sự của ngôn ngữ này sẽ viết các chương trình không sử dụng tính năng đó . Di chuyển mọi thứ ra khỏi đường đi mà không loại bỏ chúng hoàn toàn (ví dụ như dự đoán các điểm đến cuộc gọi ảo trong Java do JIT biên dịch) bắt đầu trở nên khó khăn.

FWIW, thử nghiệm rất nhỏ của tôi với Go khi tôi xem xét nó (về cơ bản là một vòng lặp của phép cộng số nguyên), gccgo đã tạo ra mã về phía cuối nhanh của phạm vi giữa gcc -O0và gcc -O2tương đương C. Go vốn dĩ không chậm, nhưng các trình biên dịch vẫn chưa làm được mọi thứ. Hầu như không đáng ngạc nhiên đối với một ngôn ngữ có tuổi đời 10 phút.

Trong bản phát hành tiếp theo của Câu hỏi thường gặp về Go , một cái gì đó tương tự như sau sẽ xuất hiện.

Hiệu suất

Tại sao Go hoạt động không tốt trên điểm chuẩn X?

Một trong những mục tiêu thiết kế của Go là tiếp cận hiệu suất của C cho các chương trình tương đương, tuy nhiên trên một số điểm chuẩn, nó hoạt động khá kém, bao gồm một số điểm trong thử nghiệm / điểm chuẩn. Tốc độ chậm nhất phụ thuộc vào các thư viện mà phiên bản của hiệu suất tương đương không có sẵn trong Go. Ví dụ: pidigits phụ thuộc vào một gói toán học đa độ chính xác và các phiên bản C, không giống như Go, sử dụng GMP (được viết bằng trình hợp dịch tối ưu hóa). Các điểm chuẩn phụ thuộc vào biểu thức chính quy (ví dụ: regex-dna) về cơ bản là so sánh gói stopgap regexp của Go với các thư viện biểu thức chính quy hoàn thiện, được tối ưu hóa cao như PCRE.

Các trò chơi điểm chuẩn chiến thắng bằng cách điều chỉnh rộng rãi và các phiên bản cờ vây của hầu hết các điểm chuẩn cần được chú ý. Nếu bạn đo lường các chương trình C và Go có thể so sánh được (bổ sung ngược là một ví dụ), bạn sẽ thấy hai ngôn ngữ có hiệu suất thô gần hơn nhiều so với bộ này sẽ chỉ ra.

Tuy nhiên, vẫn còn chỗ để cải thiện. Các trình biên dịch tốt nhưng có thể tốt hơn, nhiều thư viện cần hoạt động hiệu suất lớn và trình thu gom rác vẫn chưa đủ nhanh (ngay cả khi đã có, việc cẩn thận không tạo ra các rác không cần thiết có thể gây ảnh hưởng rất lớn).

Và đây là một số chi tiết khác về Trò chơi Điểm chuẩn Máy tính từ chuỗi danh sách gửi thư gần đây.

Thu gom và thực hiện rác trong gccgo (1)

Thu gom và thực hiện rác trong gccgo (2)

Điều quan trọng cần lưu ý là Game Benchmarks Máy tính chỉ là một trò chơi. Những người có kinh nghiệm về đo lường hiệu suất và lập kế hoạch năng lực phù hợp một cách cẩn thận giống như với khối lượng công việc thực tế và thực tế; họ không chơi trò chơi.

Câu trả lời của tôi không hoàn toàn kỹ thuật như những người khác, nhưng tôi nghĩ nó vẫn có liên quan. Tôi đã thấy cùng một điểm chuẩn trên Trò chơi điểm chuẩn trên máy tính khi tôi quyết định bắt đầu học cờ vây. Nhưng tôi thành thật nghĩ rằng tất cả những điểm chuẩn tổng hợp này đều vô nghĩa trong việc quyết định xem cờ vây có đủ nhanh cho bạn hay không.

Gần đây, tôi đã viết một máy chủ tin nhắn bằng Python bằng Tornado + TornadIO + ZMQ và đối với dự án Go đầu tiên của mình, tôi đã quyết định viết lại máy chủ trong Go. Cho đến nay, khi đã đưa máy chủ về chức năng tương tự như phiên bản Python, các thử nghiệm của tôi cho thấy tốc độ tăng gấp 4,7 lần trong chương trình Go. Xin lưu ý bạn, tôi chỉ mới viết mã bằng Go được một tuần, và tôi đã viết mã bằng Python hơn 5 năm.

Go chỉ sẽ nhanh hơn khi họ tiếp tục làm việc với nó, và tôi nghĩ rằng nó thực sự phụ thuộc vào cách nó hoạt động trong một ứng dụng thế giới thực chứ không phải các điểm chuẩn tính toán nhỏ. Đối với tôi, Go dường như dẫn đến một chương trình hiệu quả hơn những gì tôi có thể tạo ra bằng Python. Đó là câu trả lời của tôi cho câu hỏi này.

Mọi thứ đã thay đổi.

Tôi nghĩ câu trả lời chính xác hiện tại cho câu hỏi của bạn là phản bác quan điểm rằng đi là chậm. Tại thời điểm điều tra của bạn, nhận định của bạn là chính đáng, nhưng go đã đạt được rất nhiều cơ sở về hiệu suất. Bây giờ, nó vẫn chưa nhanh bằng C, nhưng không phải là chậm hơn 10 lần, theo nghĩa chung.

Trò chơi điểm chuẩn ngôn ngữ máy tính

Tại thời điểm viết bài này:

source  secs    KB      gz      cpu     cpu load

reverse-complement
1.167x
Go      0.49    88,320  1278    0.84    30% 28% 98% 34%
C gcc   0.42    145,900 812     0.57    0% 26% 20% 100%

pidigits
1.21x
Go      2.10    8,084   603 2.10    0% 100% 1% 1%
C gcc   1.73    1,992   448 1.73    1% 100% 1% 0%

fasta
1.45x
Go      1.97    3,456   1344    5.76    76% 71% 74% 73%
C gcc   1.36    2,800   1993    5.26    96% 97% 100% 97%

regex-dna
1.64x
Go      3.89    369,380 1229    8.29    43% 53% 61% 82%
C gcc   2.43    339,000 2579    5.68    46% 70% 51% 72%

fannkuch-redux
1.72x
Go      15.59   952 900 62.08   100% 100% 100% 100%
C gcc   9.07    1,576   910 35.43   100% 99% 98% 94%

spectral-norm
2x
Go      3.96    2,412   548 15.73   99% 99% 100% 99%
C gcc   1.98    1,776   1139    7.87    99% 99% 100% 99%

n-body
2.27x
Go      21.73   952 1310    21.73   0% 100% 1% 2%
C gcc   9.56    1,000   1490    9.56    1% 100% 1% 1%

k-nucleotide
2.40x
Go      15.48   149,276 1582    54.68   88% 97% 90% 79%
C gcc   6.46    130,076 1500    17.06   51% 37% 89% 88%

mandelbrot
3.19x
Go      5.68    30,756  894 22.56   100% 100% 99% 99%
C gcc   1.78    29,792  911 7.03    100% 99% 99% 98%

Mặc dù vậy, nó bị ảnh hưởng nghiêm trọng trên tiêu chuẩn cây nhị phân:

binary-trees
12.16x
Go      39.88   361,208 688 152.12  96% 95% 96% 96%
C gcc   3.28    156,780 906 10.12   91% 77% 59% 83%

Mặc dù hiệu quả không tốt của Go về việc sử dụng chu kỳ CPU, ví dụ, mô hình đồng thời Go nhanh hơn nhiều so với mô hình luồng trong Java và có thể so sánh với mô hình luồng C ++.

Lưu ý rằng trong tiêu chuẩn vòng chuỗi , Go là 16x nhanh hơn so với Java. Trong cùng một kịch bản, Go CSP gần như tương đương với C ++, nhưng sử dụng ít bộ nhớ hơn 4 lần.

Sức mạnh tuyệt vời của ngôn ngữ cờ vây là mô hình đồng thời của nó, Giao tiếp các quy trình tuần tự, CSP, được Tony Hoare chỉ định vào năm 70, rất dễ thực hiện và phù hợp với các nhu cầu đồng thời cao.

Có hai lý do cơ bản khiến Java nhanh hơn Go và C ++, và có thể nhanh hơn C trong nhiều trường hợp:

1) Trình biên dịch JIT. Nó có thể nội tuyến các cuộc gọi hàm ảo qua nhiều cấp, ngay cả với các lớp OO, dựa trên cấu hình thời gian chạy. Điều này là không thể trong một ngôn ngữ được biên dịch tĩnh (mặc dù việc biên dịch lại mới hơn dựa trên hồ sơ đã ghi có thể giúp ích). Điều này rất quan trọng đối với hầu hết các điểm chuẩn liên quan đến các thuật toán lặp lại.

2) GC. Phân bổ bộ nhớ dựa trên GC gần như miễn phí, so với malloc. Và hình phạt 'miễn phí' có thể được khấu hao trong toàn bộ thời gian chạy - thường bị bỏ qua vì chương trình kết thúc trước khi tất cả rác cần được thu gom.

Có hàng trăm (hàng nghìn?) Các nhà phát triển cực kỳ tài năng đang làm cho GC / JVM trở nên hiệu quả. Nghĩ rằng bạn có thể "viết mã tốt hơn tất cả chúng" là một điều ngu ngốc. Đó là vấn đề về bản ngã của con người - con người khó chấp nhận rằng với sự đào tạo thích hợp bởi những con người tài năng, máy tính sẽ hoạt động tốt hơn con người đã lập trình nó.

Btw, C ++ có thể nhanh như C nếu bạn không sử dụng và các tính năng OO, nhưng sau đó bạn đã khá gần với việc chỉ lập trình bằng C để bắt đầu.

Quan trọng nhất, "sự khác biệt về tốc độ" trong các bài kiểm tra này thường là vô nghĩa. Chi phí IO là những đơn hàng có mức độ lớn hơn sự khác biệt về hiệu suất, và do đó những thiết kế phù hợp để giảm thiểu chi phí IO luôn giành được chiến thắng - ngay cả trong một ngôn ngữ thông dịch. Rất ít hệ thống bị ràng buộc bởi CPU.

Lưu ý cuối cùng, mọi người gọi "trò chơi điểm chuẩn ngôn ngữ máy tính" như một "thước đo khoa học". Các bài kiểm tra hoàn toàn thiếu sót, Ví dụ: nếu bạn xem các bài kiểm tra Java cho nbody. Khi tôi chạy các bài kiểm tra trên cùng một hệ điều hành / phần cứng, tôi nhận được khoảng 7,6 giây đối với Java và 4,7 giây đối với C - điều này là hợp lý - chứ không phải là 4 lần độ chậm mà các bài kiểm tra báo cáo. Nó là mồi nhấp chuột, tin tức giả, được thiết kế để tạo ra lưu lượng truy cập trang web.

Cuối cùng, ghi chú cuối cùng ... Tôi đã chạy các bài kiểm tra bằng cách sử dụng Go, và nó là 7,9 giây. Thực tế là khi bạn nhấp vào Go, nó sẽ so sánh nó với Java và khi bạn nhấp vào Java, nó sẽ so sánh nó với C, sẽ là một lá cờ đỏ đối với bất kỳ kỹ sư nghiêm túc nào.

Để so sánh thực tế về Java, Go và C ++, hãy xem https://www.biorxiv.org/content/10.1101/558056v1 cảnh báo spoiler, Java xuất hiện hàng đầu về hiệu suất thô, với Go đi đầu với việc sử dụng bộ nhớ kết hợp và thời gian tường.

Tôi nghĩ rằng một thực tế thường bị bỏ qua là, biên dịch JIT có thể là> biên dịch tĩnh, đặc biệt cho các hàm hoặc phương thức bị ràng buộc muộn (thời gian chạy). Hotspot JIT quyết định tại RUNTIME phương pháp nào để nội tuyến, thậm chí nó có thể điều chỉnh bố cục dữ liệu theo kích thước / kiến ​​trúc bộ nhớ cache của CPU mà nó hiện đang chạy. C / C ++ nói chung có thể tạo nên (và tổng thể vẫn sẽ hoạt động tốt hơn) bằng cách truy cập trực tiếp vào phần cứng. Đối với Go, mọi thứ có thể trông khác vì nó cao cấp hơn so với C, nhưng hiện thiếu hệ thống / trình biên dịch tối ưu hóa thời gian chạy. Ruột của tôi nói với tôi, Go có thể nhanh hơn Java vì Go không thực thi việc đuổi theo con trỏ nhiều như vậy và khuyến khích địa phương cấu trúc dữ liệu tốt hơn + yêu cầu ít phân bổ hơn.

Trên thực tế, cờ vây không chỉ thanh lịch và hiệu quả ở thời điểm thiết kế, mà còn siêu hiệu quả trong thời gian chạy. Điều quan trọng là sử dụng đúng hệ điều hành tức là LINUX. Kết quả lập hồ sơ hiệu suất trong Windows và Mac OS, thiếu một từ hay hơn, kém hơn một hoặc hai bậc về độ lớn.

trong linux, thời gian chạy go siêu nhanh, hoàn toàn có thể so sánh với c / c ++. thời gian chạy dưới windows và unix không ở cùng một giải đấu

so sánh với java không quá quan trọng, đi dành cho cả phát triển hệ thống và ứng dụng (vì java giống như cổ áo xanh chỉ dành cho phát triển ứng dụng). sẽ không đi vào chi tiết, nhưng khi những thứ như kubernetes được viết sẵn, bạn nhận ra rằng đó không phải là một món đồ chơi thân thiện với nhà tư vấn doanh nghiệp

Tôi không nhớ google đã đề cập đến dù chỉ một lần về thỏa hiệp mà bạn đề cập đến. go là thiết kế tốt, đơn giản, thanh lịch và hiệu quả để thiết kế các chương trình cấp hệ thống và ứng dụng, có con trỏ, phân bổ bộ nhớ hiệu quả và phân bổ giao dịch, tránh các biến chứng phát sinh do quá trình kế thừa triển khai dễ dàng bỏ lỡ, mang lại cho bạn các quy trình đồng thời và các cách viết các ứng dụng hiệu suất cao trong thời gian và ngân sách. một lần nữa, go cực nhanh trong linux, đó là chính xác những gì nó được thiết kế cho (rất vui vì nó làm được)

Cả Java và C đều rõ ràng hơn với các định nghĩa về dữ liệu và phương thức (hàm) của chúng. C được nhập tĩnh, và Java thì ít như vậy với mô hình kế thừa của nó. Điều này có nghĩa là cách dữ liệu sẽ được xử lý được xác định khá nhiều trong quá trình biên dịch.

Go tiềm ẩn hơn với các định nghĩa về dữ liệu và chức năng của nó. Các hàm tích hợp sẵn có bản chất tổng quát hơn, và việc thiếu hệ thống phân cấp kiểu (như Java hoặc C ++) khiến Go gặp bất lợi về tốc độ.

Hãy nhớ rằng mục tiêu của Google đối với ngôn ngữ cờ vây là có được sự thỏa hiệp có thể chấp nhận được giữa tốc độ thực thi và tốc độ viết mã. Tôi nghĩ rằng họ đang đạt được một điểm tốt trong nỗ lực ban đầu của họ và mọi thứ sẽ chỉ được cải thiện khi nhiều công việc được hoàn thành hơn.

Nếu bạn so sánh Go với các ngôn ngữ được gõ động hơn có lợi thế chính là tốc độ viết mã, bạn sẽ thấy lợi thế về tốc độ thực thi của Go. Go nhanh hơn 8 lần so với perl và nhanh hơn 6 lần so với Ruby 1.9 và Python 3 trên những điểm chuẩn bạn đã sử dụng.

Dù sao câu hỏi tốt hơn để hỏi là Go có thỏa hiệp tốt giữa tính dễ lập trình so với tốc độ thực thi không? Câu trả lời của tôi là có và nó sẽ trở nên tốt hơn.