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【其他】快出數量級的性能是怎樣煉成的

2022-12-14 07:20:12 資料庫

?? 作者簡介:No8g攻城獅,熱衷分享,喜歡原創~ 關注我會給你帶來一些不一樣的認知和成長,專注于研究 Java/Spring/SpringBoot/大資料/計算機底層原理/原始碼,就職于大型物聯網公司后端高級工程師,擅長物聯網領域的高安全/可用/并發/性能的架構設計與演進、系統優化與穩定性建設,??
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我們之前做過一些性能優化的案例,不算很多,還沒有失手過,少則提速數倍,多則數十倍,極端情況還有提速上千倍的,提速一個數量級基本上是常態,下面是一些案例材料:

開源 SPL 提速保險公司團保明細單查詢 2000+ 倍
開源 SPL 提升銀行自助分析從 5 并發到 100 并發
開源 SPL 提速銀行用戶畫像客群交集計算 200+ 倍
開源 SPL 優化銀行預計算固定查詢成實時靈活查詢
開源 SPL 將銀行手機賬戶查詢的預先關聯變成實時關聯
開源 SPL 提速銀行資金頭寸報表 20+ 倍
開源 SPL 提速銀行貸款協議跑批 10+ 倍
開源 SPL 優化保險公司跑批優從 2 小時到 17 分鐘
開源 SPL 提速銀行 POS 機交易報表 30+ 倍
開源 SPL 提速銀行貸款跑批任務 150+ 倍
開源 SPL 提速資產負債表 60 倍

這是怎么做到的呢?
這些被提速的場景都有一個共同點:原先都是用各種資料庫(也有HADOOP/Spark)上的SQL實作的,包括查詢用的幾百行SQL也有跑批用的幾千行存盤程序,然后我們改用集算器的SPL重新實作之后就有了這樣的效果,
集算器SPL有什么神奇之處?是不是能讓各種運算跑得更快?
有點遺憾,并沒有這樣的好事,集算器也是一個軟體,而且是用Java寫的,完成同樣運算通常比C/C++寫的資料庫還要慢一點,
那是怎么回事?

根本原因在于我們用SPL實作了不同的演算法,軟體不能提高硬體的速度,但我們可以設計出更低復雜度的演算法,有效地減少計算量,然后速度自然就上去了,一個運算任務本來要做1億次加法,如果能減到100萬次,那自然就能快100倍,即使每次運算都變得稍慢一點,總體性能仍然會提高,這一點也不神奇,
只要能實作高性能演算法和存盤,用什么技術來做并不重要了,用C/C++、Java當然都能做出來,事實上,集算器是用Java寫的,用Java直接實作這些演算法原則上還會更快一點,用C/C++ 一般還能更快(Java的記憶體分配消耗時間還是有點多),
不過,雖然用Java和C++能寫出比SPL更快的代碼,但要長得多(估計會長出50-100倍),這會導致開發作業量過大,這在實際應用時也是要權衡的一個指標,有時候,跑得快和寫著簡單其實是一回事,就是能高效率地實作高性能演算法,
集算器的SPL中強化了結構化資料的資料型別,并提供了很多基礎的高性能演算法,寫代碼就是組合運用這些演算法,當然會方便得多,要說神奇之處,也就是這一點了,

那么,繼續SQL就不能做到同樣的事嗎?
是的,SQL設計得過于粗線條,關系代數這個理論基礎中缺乏很多資料型別和基礎運算,很多高性能演算法都無法描述,結果只能使用慢演算法,雖然現在很多資料庫和大資料平臺都在工程上有所優化,但也只能針對簡單的場景,情況復雜之后資料庫的優化器都會“暈”掉,所以解決不了根本問題,這是個理論上的問題,無法在工程層面解決,
SPL基于的理論基礎不再是關系代數,而是我們發明的離散資料集,在這個體系下有更多的資料型別和運算,就能寫出更多高性能演算法了,SPL是離散資料集的一種實作,封裝了許多現成的演算法,用Java和C++當然也能從頭來實作這個代數體系,因而都能寫出來高性能代碼,而SQL卻不可以,

舉個簡單的例子,我們想在1億條資料中取出前10名,用SQL寫出來是這樣的:

select top 10 x,y from T order by x desc

這個陳述句中有個order by,嚴格按它執行就會涉及大排序,而排序非常慢,其實我們可以想出一個不用大排序的演算法,但用SQL卻無法描述,只能指望資料庫優化器了,對于這句SQL描述的簡單情況,很多商用資料庫確實都能優化,使用不必大排序的演算法,性能通常很好,但情況復雜一些,比如在每個分組中取前10名,要用視窗函式和子查詢把SQL寫成這樣:

select * from
    (select y,*,row_number() over (partition by y order by x desc) rn from T)
where rn<=10

這時候,資料庫優化器就會犯暈了,猜不出這句SQL的目的,只能老老實實地執行排序的邏輯(這個陳述句中還是有order by的字樣),結果性能陡降,
而SPL不一樣,離散資料集中有普遍集合的概念,TopN這種運算被認為是和SUM和COUNT一樣的聚合運算,只不過回傳值是個集合而已,這時候寫出來的取前10名的陳述句中并沒有排序動作:

T.groups(;top(-5;x))

分組后的寫法也很簡單,都不需要執行大排序:

T.groups(y;top(-5;x))

這里 性能優化技巧:TopN 還有關于這個問題的更詳細測驗對比,

所以,我們做性能優化時要重寫代碼,不能繼續使用SQL保持兼容,要讀懂原來的邏輯重新實作,這個作業量還是很大的,不過能換來數倍數十倍的性能提升,常常還是值得的,
另外,存盤也非常重要,好演算法要有合適的存盤機制配合才能生效,所以不能繼續把資料繼續存在資料庫里獲得高性能,需要搬出來換種辦法組織存放,改變存盤后,有可能把原來需要快取的計算程序變成不需要了,原來要遍歷多遍的運算變成只遍歷一次甚至不用遍歷了,減少硬碟訪問量對性能的提升非常有效,

從上面這個原理上看,如果我們不能針對計算目標設計出更好的演算法,那就做不到提速了,比如一個很簡單的大表求和,用SQL要做1億次,用SPL也要做1億次,那就不可能做得更快,一般還會更慢一點(Java趕不上C/C++),但是,當運算任務足夠復雜時,碰到幾百上千行的嵌套N層SQL(慢的SQL通常也不會太簡單),幾乎總能找到足夠多可優化的環節,所以我們經歷過的案子還沒有失手過,結果,在實踐上用Java寫出來集算器大幅度超越了C/C++寫的資料庫,這都是演算法造就的,
我們甚至曾經發過一個廣告 慢得受不了的查詢跑批
尋找用SQL寫的慢程序,我們負責提速一個數量級,

換個角度再看這個提速原理:高性能靠的不是代碼,而是代數,代碼只是個實作手段而已,其中最關鍵的是掌握和運用這些演算法,而不是SPL語法,SPL語法很簡單,比Java容易多了,兩小時就能基本上手,兩三周就能比較熟練了,但演算法卻沒那么簡單,需要認真學習反復練習才能掌握,這些案例直接由沒有經驗的用戶自己做常常效果并不好,主要原因也是對演算法沒有吃透,
反過來,而只要掌握了演算法,用什么語法就是個相對次要的問題了(當然用SQL這種太粗線條的語言還是不行),這就像給病人看病,找出病理原因后,能分析出什么成分的藥能管用,無論直接購買成藥(使用封裝過的SPL),還是上山采藥(使用Java/C++硬寫),都可以治好病,無非就是麻煩程度和支付成本不同,

可能有讀者對SPL提供了哪些與SQL不同的高性能演算法感興趣,推薦一下乾學院上的性能優化圖書 【性能優化】 前言及目錄 和視頻課程 《性能優化》課程
我們已經把這些演算法都整理成有體系的知識了,有些演算法是業界首創的,其它教科書和論文中都找不到,
跟著這些圖書課程學習,掌握這些演算法后,就可以自己寫到快出數量級的高性能代碼,即使自己不寫代碼,也能理解原理,不會再被很多大資料產品喊什么“萬億秒查”的說法忽悠了,

SPL資料

  • SPL官網
  • SPL下載
  • SPL源代碼

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