Question

我注意到queue.ml由于基于链表（带有可变字段）的实现而趋于相当慢

是否可以构建具有更快结构的队列，例如数组？

或者有没有办法实现更好的表现，但仍然是功能性的？

编辑：我想实现一个发布 - 订阅解决方案，成千上万的人在不到一毫秒的时间内排队并提供操作（对于图形交互式应用程序），所以我需要非常快速的东西和ocaml队列实现没有满足我的性能需求

Answer 1

知道为什么你认为基于链表的实现很慢会很有趣。这是队列的经典实现。插入和删除速度与我想象的一样快（更新一个或两个参考字段）。请注意，我没有查看您正在谈论的代码。

您可以使用数组实现环形缓冲区。某些事情可能会更快（比如遍历所有元素），但会有最大的大小（对于最简单的实现）。初始化阵列也有复杂性。

一般来说，数据结构的功能（不可变）实现比相应的命令式（可变）版本慢一点。有一个非常好的功能队列实现，具有很好的性能。基本技巧是将队列的一半保持在正向顺序（快速删除），将一半保持在相反的顺序（快速插入）。逆转的额外传球引入了一个小的惩罚，就像我说的那样。

如果您正在查看内存（分配和GC），则不可变方法将分配最多，经典方法为中等量，而环形缓冲区将分配很少。但是一个好的FP实现（比如OCaml）可以非常快速地分配内存，如果对象是短暂的，那么回收它也不会太慢。

编辑：为了它的价值，我只是在我的笔记本电脑（3.06 GHz Intel Core 2 Duo）上进行了非常粗略的时序测试，我可以使用标准OCaml将一百万个值排队并出列队列模块在70毫秒。那么大约需要.7毫秒来做10,000（如果我做对了）。如果你的CPU速度不快于我的速度，那么做你想做的事情似乎不够快。

编辑2：我只是手写了一些代码，假设您的值中有一个预先存在的引用字段可用于排队。这避免了在排队代码中进行任何分配，但在其他方面类似于标准的Queue模块（尽管不那么优雅）。在与上面相同的笔记本电脑上，一百万个队列和出列需要大约48毫秒。所以它的速度要快一点。

编辑3：您很可能现在已经得到了答案，但我刚刚使用上面列出的纯队列实施进行了粗略的计时测试，我看到大约18毫秒来做一个百万队列和队列。所以它的速度要快得多。这是合理的，因为OCaml针对纯计算进行了调整。这是我的代码;你可以检查是否有任何错误。

type q = {
    head: int list;
    tail: int list;
}

let q_add q i =
    { q with tail = i :: q.tail }

let q_take q =
    match q.head with
    | [] ->
        begin
        match List.rev q.tail with
        | [] -> raise Not_found
        | h :: t -> (h, { head = t; tail = [] })
        end
    | h :: t -> (h, { head = t; tail = q.tail })

let main () =
    let q = q_add { head = []; tail = [] } 0
    in let now = Unix.gettimeofday ()
    in let rec go q i =
        if i > 1_000_000 then
            q
        else
            let (_, q') = q_take (q_add q i)
            in
                go q' (i + 1)
    in let _ = go q 1
    in let duration = Unix.gettimeofday () -. now
    in
        Printf.printf "%f\n" duration

let () = main ()

像我说的那样，这是一个粗糙的考验。队列的长度仅为1到2个元素。我不确定结果会在您的环境中保持不变。但这很有趣。

Answer 2

您需要测量操作以真正量化任何给定的队列操作实现效率低下。

也就是说，针对不同的队列场景存在替代数据结构。特别是如果您对持久队列或纯队列或并发队列感兴趣，那么您有几个选择。

纯数据结构

基于指树的队列：http://hackage.haskell.org/package/fingertree-psqueue
纯优先级队列：http://hackage.haskell.org/package/pure-priority-queue
渐近最优，可证明正确的队列，http://hackage.haskell.org/package/meldable-heap
基于二项式堆的队列，http://hackage.haskell.org/package/pqueue

并发队列

基于STM的队列，http://hackage.haskell.org/package/bounded-tchan
基于STM的有界队列，http://hackage.haskell.org/package/rolling-queue

发布订阅

如果您正在查看发布/订阅机制，可以考虑绑定到zeromq：

http://www.zeromq.org/

它肯定是针对高频操作，甚至支持FP社区，http://www.zeromq.org/bindings:haskell

ZeroMQ有两种不同的OCaml绑定：http://www.zeromq.org/bindings:ocaml

如何构建更快的Queue实现？

2 个答案: