Java与F#的并行程序处理对比

Azul System的Cliff Click博士是多核心JVM系统方面的专家，之前发表了一篇博文，首先比较了Java与C语言和C++的性能表现，但同时也讨论了C#和.NET。以下三个Cliffs博士的评论让人十分感兴趣：

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在标题"Places where C/C++ beats Java for obvious reasons"下：

“值类型，例如复杂类型，在Java中需要一个类来支持”

"Value Types, such as a 'Complex' type require a full object in Java." - Dr Cliff Click

Cliff忘记提及的是.NET同样提供值对象和比复数更加引人注意的humble hash table。

考虑一下以10，000，000个整数/单精度浮点数填充hash表，这个任务可以使用Java来完成，如下：

 
 
 
  
  
  package hashtablebenchmark; 
  
  
  
  
  
  import java.util.HashMap; 
  
  
  
  
  
  public class Main { 
  
  
      public static void main(String[] args) { 
  
  
          int n = 10000000; 
  
  
  
  
  
          for (int j=0; j<10; ++j) { 
  
  
              long startTime = System.currentTimeMillis(); 
  
  
              HashMap hashtable = new HashMap(n); 
  
  
  
  
  
              for(int i=1; i<=n; ++i) { 
  
  
                  hashtable.put(i, 1.0f / i); 
  
  
              } 
  
  
  
  
  
              System.out.println("m[100] = " + hashtable.get(100)); 
  
  
              long time = System.currentTimeMillis() - startTime; 
  
  
              System.out.println("Took: " + time / 1e3 + "s"); 
  
  
          } 
  
  
      } 
  
  
  }

同样的程序在F#中不仅仅代码更短并且速度要快上17倍：

 
 
 
  
  
  let n = 10000000
  
  
  let m = System.Collections.Generic.Dictionary(n) 
  
  
  for i=1 to n do
  
  
    m.[i] <- 1.0f / float32 i 
  
  
  printf "m[100] = %f\n" m.[100]

特别值得提及的是，Java初始化花费6.967s、稳态花费5.733s，而F#只用了0.414s。

实际上，F#通过这个测试后我们便想给它更大的工作量，而在这台4GB内存的机器上，Java不可能再做更多了。

在别处的评论，Cliff也这样写到Java：

“有非常好的多线程支持，并行程序设计在Java中很容易实现”

"Very Good Multi-Threading Support. Parallel programming is just easier in Java." - Dr Cliff Click

之后又有：

“并非我如此关注C#而是...我认为JIT编码处理基本上比Java要慢”

"Not that I track C# all that closely but... I believe the JIT produces substantially slower code than Java" - Dr Cliff Click

允许我们在其他方面来证明，Computer Language Shootout软包含了一个格式良好的spectral-norm测试，最快的Java解决方案是一个173行的并行程序。其实现用F#来写只需要24行代码：

 
 
 
  
  
  let A i j = 1.0 / float((i + j) * (i + j + 1) / 2 + i + 1) 
  
  
  
  
  
  let inline mul A (u: _ []) (v: _ []) = 
  
  
    System.Threading.Tasks.Parallel.For(0, v.Length, fun i -> 
  
  
      let mutable vi = 0.0
  
  
      for j = 0 to v.Length - 1 do
  
  
        vi <- vi + A i j * u.[j] 
  
  
      v.[i] <- vi) |> ignore 
  
  
  
  
  
  let AtAu u v = 
  
  
    let w = Array.create (Array.length u) 0.0
  
  
    mul (fun i j -> A i j) u w 
  
  
    mul (fun i j -> A j i) w v 
  
  
  
  
  
  do
  
  
    let n = 5500
  
  
    let u, v = Array.create n 1.0, Array.create n 0.0
  
  
    for i = 0 to 9 do
  
  
      AtAu u v 
  
  
      AtAu v u 
  
  
    let u, v = vector u, vector v 
  
  
    printf "%0.9f\n" (sqrt(Vector.dot u v / Vector.dot v v))

在Java代码中，大量的代码都是用来实现并行化。与之相反的是，F#在处理并行化上只用了两行代码。可见，并行程序设计在Java中可不是那么easy。

Java串行程序初始花费了12.722s稳态花费12.299s，而冷启动的F#只用了12.18s。在8核 2xE5405 2.0GHz Xeon的机器上，Java并行程序初始化花费1.839s稳态花费1.820s，而冷启动的F#并行程序只用了1.60s。事实证明，Java在每一个测试中都表明CLR的JIT并不是“处理基本上比Java更慢”

***，Cliff并没有提到其他两个设计上（Java性能）的不足。首先，Java的泛型代码导致性能大幅下降，由于它使用了许多不必要的装箱操作。其次，JVM栈缺少尾部递归支持，这不仅仅对这个函数式编程的年代带来越来越多的障碍，而且唯一的一般解决方案也比需要的慢上10倍。

英文连接：http://fsharpnews.blogspot.com/2010/05/java-vs-f.html

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