在JavaScript中实现LINQ——一次“失败”的尝试
这篇文章的起因是我在知乎上对JavaScript 函数式编程存在性能问题么?这个问题的回答。其实在这个问题之前挺久我就想做相关的尝试,但懒癌无药医,挖坑如山倒,填坑如抽丝。
废话不多说,走你。
C# 3.0引入了引以为豪的LINQ(Language INtergrated Query),可以用类函数式的方式操作集合(C#中的IEnumerable
在JS中,数组也有类似的filter
、map
、reduce
一类方法,但存在重复遍历问题,利用C#中LINQ的思路,给JS实现一套LINQ是否可行呢?
C#中的LINQ
C#中的LINQ是通过yield
来避免重复遍历的,抽象的说,Where
(对应filter)、Select
(对应map)这类的方法调用的时候,都只会把操作“暂存”起来,直到调用了ToArray
、Aggregate
(对应reduce)之类的方法,才会“驱动”它去进行遍历。
举一个简单的例子
1 | var array = new []{ 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 }; |
上面是一个最基本的filter
/map
/reduce
的过程(下文也会继续用这个例子),只有在Aggregate
调用的时候,才会对数组进行遍历,而Where
和Select
只是一些类型为IQueryable<T>
的中间过程。
C#中的LINQ得益于C#的yield
关键字,配合First-Class-Function可以不费吹灰之力地构建IEnumerable<T>
,而C#中的foreach
提供了对IEnumerable<T>
的语法糖,这样就可以很自然的对LINQ的中间结果进行二次加工,而不需要繁琐地手工调用.Next()
。
JS中的filter/map/reduce
JS中的原生数组就自带了filter
/map
/reduce
等一系列函数化的集合操作方法,但使用中有一个隐患就是,每次调用它们都会进行一次完整的遍历,这样当用这样连写的风格,就会造成重复遍历
1 | var sum = array.filter(n => n % 2 === 0) |
上面的代码,在filter
和map
被调用的时候,都会遍历一次数组,reduce
的时候再遍历一次,这样总共就被遍历了三次,当集合比较大的时候,这估计不是大家所想见发生的事情。
如果在filter
/map
/reduce
的回调函数里打印一些调试信息,我们会发现调用的次序大概会是这样的
1 | filter |
JS中的LINQ
yield/generator
ES6中有了yield
和Generator Function(不熟悉的可以先回顾一下我几百年前写的这篇和这篇文章),并且,由于Symbol.iterator
和for of
语法的引入,能用生成器构造集合了,并且还能和for of
无缝衔接。
也就是说,ES6已经有了C#那样优雅地实现LINQ的基础设施,我们就来实现一个简单的试试。
IQueryable
首先我们像C#那样实现一个IQueryable
类,并且它通过Symbol.iterator
能够支持被for of
遍历
1 | class Queryable { |
由于我们是“面向接口编程”的,这里我们并不关心new Queryable(xxx)
传入的是一个Array
、一个Generator
还是一个Queryable
,反正它们都可以被for of
遍历。
然后为了方便,在Array.prototype
上挂了一个方法,别嫌脏,娱乐而已。
尝试一下
1 | let arr = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] |
filter/map/reduce
我们的Queryable
类已经可以享受for of
语法糖的便利了,然后我们就可以基于这个给它愚快地添加各种集合操作方法了
1 | function* _filter(iterable, predicate) { |
这里注意,filter
和map
分别调用了_filter
和_map
方法,它们返回的结果都是Generator
,我们知道一个Generator
只定义了集合如何“被遍历”,而事实上它没有真正发生操作,需要调用next()
或者for of
(也就是next()
的语法糖)来“驱动”它进行遍历。
而reduce
当中调用了for of
,也就是它真正发生了遍历。
赶紧爽一爽
1 | var sum = array.asQueryable() |
如果在filter
/map
/reduce
的回调函数里打印一些调试信息,我们会发现调用的次序大概会是这样的
1 | filter/map/reduce |
只遍历了一遍
扩展LINQ
有了上面三个方法我们可以顺便构造一下length
和toArray
这类的方法,比如
1 | Queryable.prototype.length = function() { |
当然其实map
/reduce
都是foldl
/foldr
的具象(吃我一发安利,参考我写的使用JavaScript实现“真·函数式编程”,所以上面的那些方法其实都可以写得更“函数式”,但既然这篇文章只是为了实验,就不搞那么多幺蛾子了。
性能测试
我们用benchmark模块对上述代码进行性能测试,并且引入两个对照组,不多说了,直接看代码吧
1 | function useRawLoop() { |
用长度为100的数组进行测试,结果
1 | RawLoop x 380,068 ops/sec ±1.01% (88 runs sampled) |
可以看出,我们的LINQ性能非常非常的废柴,主要原因:
- JS对Generator的优化非常废柴
- JS对
for of
的优化非常废柴——因为它就是Generator#next()
的语法糖
结论
虽然我们通过ES6的一系列新特性给JS实现了lazy的LINQ,避免重复遍历,是实现了,但想象中的性能提高却是化为泡影。
当然,通过不断优化,减少for of
的使用,改为手工.next()
遍历,也许性能还会高一些,但一来我不太相信它会有很明显的变化。二来更重要的是,不用for of
的话,我们就不能实现“无痛”的集合操作代码编写了,既然已经不能“无痛”,那么同样“痛”的方法自然有性能更优的,而且根本不需要Symbol.iterator
、Generator等等这一大堆新特性。
所以这是一个成功的尝试,也是一个失败的尝试。成功之处在于很开心能看到ES6有如此强大的基础设施用于编写优雅代码,发挥创造力。失败之处么,自然是由于现阶段的JS引擎并没有对这些新引入的特性进行值得称道的优化,这也提醒我对于这些新特性——至少是说,需要runtime支持的新特性——不要盲目的追新。
更新
时间来到2017年8月1日中国人民解放军建军90周年,在node.js 8.x上,新的V8对for-of
和Iterator进行了惊人的优化,上面的测试结果变成了:
1 | RawLoop x 422,242 ops/sec ±1.31% (84 runs sampled) |
使用for-of
遍历数组竟然比用for
循环直接遍历还要快一倍这简直不科学,让我怀疑是不是掉进了陷阱!!!而且用LINQ方式也比用Array原生方法迭代更快了,快了将近一倍!
这意味着LINQ以后性能将会可以接受,它可行了!意味着在JS里面终于可以优雅地实现迭代器模式了!哦,这样啊,真是一个激动人心的好消息啊,反正我是懒得去把它写完的。