Scala循环性能问题，为了性能，你愿意牺牲代码的可维护性么？

最近我在学习我们产品的代码，看到了类似以下的一段代码：

x.set(1)  
x.set(2)  
x.set(3) 
x.set(4) 
x.set(5) 

我当时很是疑惑，为什么不用循环呢?于是就报了一个Issue，心想这样写可能有它的道理，但是需要澄清一下。

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另一个问题，就是我发现代码里对循环的使用，各有不同的方式，有人写array.foreach(f=>_),有人用使用index的for loop，个人觉得使用foreach的代码比较简洁，于是我也报了Issue，看看是不是应该使用简洁的方式来写循环。举例：

for loop

var index = 0 
var arr = Array[String] 
var length = arr.length  
for ( index <- 0 to length ) { 
    do() 
} 

for each

var index = 0 
var arr = Array[String] 
var length = arr.length  
for ( index <- 0 to length ) { 
    do() 
} 

明显foreach的版本要省不少代码。

后来和我们的工程师沟通了一下，原来我们是为了性能优化了代码，因为for loop比foreach的性能好，所以我们采用稍微繁琐的for loop。至于某些代码中的foreach是因为遗留的还没有来得及改动。

Scala的循环就行性能如何呢?我还是测试一下再说吧。

先看看不同的循环用法，我这里测试了四种，分别是 while loop，for loop，使用range的foreach， 和使用函数的foreach。

测试代码如下：

package profiling 
 
object Loop { 
 
  def whileLoop(arr:Array[Int]): Unit = { 
    var idx = 0 
    var n = arr.length 
    val tStart = System.currentTimeMillis() 
    while (idx < n) { 
      arr(idx) = 1 
      idx += 1 
    } 
    val tEnd = System.currentTimeMillis() 
    println("while loop took " + (tEnd - tStart) + "ms") 
  } 
 
  def forLoop(arr:Array[Int]): Unit = { 
    var idx = 0 
    var n = arr.length 
    val tStart = System.currentTimeMillis() 
    for(idx <- 0 until n) { 
      arr(idx) = 1 
    } 
    val tEnd = System.currentTimeMillis() 
    println("for loop took " + (tEnd - tStart) + "ms") 
  } 
 
  def foreachLoop(arr:Array[Int]): Unit = { 
    var n = arr.length 
    val tStart = System.currentTimeMillis() 
    (0 until n).foreach{idx => arr(idx) = 1} 
    val tEnd = System.currentTimeMillis() 
    println("foreach range took " + (tEnd - tStart) + "ms") 
  } 
 
  def foreachFuncLoop(arr:Array[Int]): Unit = { 
    val tStart = System.currentTimeMillis() 
    arr.foreach{ idx => arr(idx) = 1} 
    val tEnd = System.currentTimeMillis() 
    println("foreach function took " + (tEnd - tStart) + "ms") 
  } 
 
  def profileRun(n: Int) { 
    val arr = new Array[Int](n) 
 
    whileLoop(arr) 
    foreachLoop(arr) 
    forLoop(arr) 
    foreachFuncLoop(arr) 
  } 
 
  def main(args:Array[String]) { 
    profileRun(args(0).toInt) 
  } 
} 

我的环境是scala 2.13.1 , 调用500000000次的结果是：

Bash 代码

while loop took 344ms 
foreach range took 484ms 
for loop took 422ms 
foreach function took 719ms 

可以看出，while loop是最快的，一般形式的foreach最慢，差不多是while loop的一倍。但是如果使用range的话，foreach循环也不算太慢。

那么为什么foreach会慢呢? 主要是foreach的函数调用带来了额外的开销。我们上面看到的数据其实是编译器已经优化后的数字，如果我们把java的hotspot编译选项关闭，(-Xint)再看看性能。

while loop took 8548ms 
foreach range took 39392ms 
for loop took 40799ms 
foreach function took 103489ms 

如果关闭JIT，foreach的性能要远远差于其他几个选项。

对于循环的性能，我们可以得出这样的结论：

• 在正常打开JIT的情况下，foreach的性能大概比其他几个选项慢一倍，其他几个选项性能接近
• 在关闭JIT优化的情况下。foreach的性能要远低于其他选项 (生产环境一般不考虑)

那么对于开头讲的不用循环，直接重复代码呢?我们也测试了一下：

package profiling 
 
object Loop2Repeat { 
  def whileLoop(): Unit = { 
    var idx = 0 
    var n = 5 
    var x = 0 
    while (idx < n) { 
      x = idx 
      idx += 1 
    } 
  } 
 
  def repeatLoop(): Unit = { 
    var x = 0 
    x = 1 
    x = 2 
    x = 3 
    x = 4 
    x = 5 
  } 
 
  def test( f:()=>Unit, num: Int, name: String): Unit = { 
    val tStart = System.currentTimeMillis() 
    ( 0 until num).foreach{ _ => f} 
    val tEnd = System.currentTimeMillis() 
    println(name + " took " + (tEnd - tStart) + "ms") 
  } 
 
  def main(args:Array[String]) { 
    test(whileLoop, 50000000, "whileLoop") 
    test(repeatLoop, 50000000, "repeatLoop") 
  } 
 
} 

经过50000000次循环，数据如下：

whileLoop took 281ms 
repeatLoop took 47ms 

确实，因为循环控制的逻辑带来的额外开销，比简单的重复代码性能下降了不少。