Kotlin 效能優化利器 —— Sqeuence 原理淺析

前言

本文將介紹 Kotlin 中序列（Sequence）的概念及使用，並介紹該惰性集合操作對集合鏈式呼叫效能優化背後的原理。

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序列（Sequence）

概念

在使用 Kotlin 集合操作符進行鏈式呼叫時，例如 map 和 filter 時，都會在函式內部建立中間集合，比如下面的例子，使用 map 和 filter 在 User 集合中篩選出性別為男的成員，返回結果是一個集合。

users.map(User :: sex)
     .filter {it.sex.equals("male")}
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序列的用法

序列的用法很簡單，只需要再集合後新增asSeqence() 函式即可

users.asSequence()
     .map(User :: sex)
     .filter {it.sex.equals("male")}
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這裡插播一個概念，其中 User :: user 是成員引用，具體介紹如下

成員引用（Member References）

概念

成員引用可以使你方便的呼叫某個類的成員，這個成員包括對應類的屬性或方法.雙冒號前的是被引用的類，雙冒號後是需要返回的屬性或方法名，如下所示是返回 User 成員的 sex 屬性：

User :: sex
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成員引用可以方便的賦值給其他變數或函式，例如上述尋找性別為 male 的例子，也可以用稍微複雜的寫法，如下：

users.map(user : User -> user.sex)
     .filter {it.sex.equals("male")}
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可見成員引用的寫法可讀性更強。

再談序列

讓我們回到序列介紹。上文提到使用 map 和 filter 時，都會在函式內部建立中間集合，這會導致一個問題，如果源列表，就是 users 中元素特別多，集合的鏈式處理會變得十分低效，原因是建立了多次中間集合。而如果先將待處理集合通過 asSequence() 方法轉換為序列，再進行 map 和 filter 操作，就會變得十分高效。對於是否使用序列進行集合操作，有幾個前提，如果使用不當，反而會造成效能損失。這裡總結一下使用場景：

序列效能測試

上文提到，是否使用序列的條件之一是處理大量資料，那麼這個閾值究竟是多少？下面來進行一個效能測試，構造一個商品列表，其中每個商品包含商品名和價格兩個屬性，現在要求出對每個商品的價格加價 100 後，價格為奇數的商品的個數，這裡用到了 count() 方法，作用是求得集合內滿足 count 條件的元素的個數，程式碼如下：

/**
 * 商品類
 */
data class Commodity(var name: String, var price: String)
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import java.util.*

fun main(args: Array<String>) {

    val commodityList = ArrayList<Commodity>()

    for (i in 0..1000000) {
        val goods = Commodity("商品 $i", i * 5)
        commodityList.add(goods)
    }

    val startTime = System.currentTimeMillis()

    commodityList
            .asSequence() // 使用此函式代表使用 Kotlin 序列功能
            .map { it.price + 100 }
            .count { it % 2 != 0 }

    println("consume time is ${System.currentTimeMillis() - startTime} ms")

}
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測試結果折線圖如下，其中橫座標為集合內元素的個數，縱座標為程式碼執行時間，橙色線代表未使用序列，藍色線代表使用序列：

表格對比如下：

由圖可得出如下結論：

上文提到的閾值大致為「一百萬」個元素，大於該閾值時，使用序列大致能帶來 90 % 的效能提升
在小於「十萬」個元素時，使用序列反而會造成效能下降

為什麼序列會提高集合操作的效能？

序列對集合的操作是惰性的。
不需要額外的建立中間集合儲存鏈式操作的中間結果

對於第一點，惰性這個詞可能給人帶來迷惑，這和使用序列後，集合的計算方式有關，下面來介紹這一點，在下面這個例子中，你需要在一個整型資料集合，將每個數乘以 2 ，並找出集合中小於 10 的第一個元素。

var result = listOf(2,4,6,8,10).asSequence
                  .map(it * 2)
                  .find(it > 10)
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find() 方法的作用是在集合中查詢滿足條件的第一個元素，並返回查詢到的值。下圖是 Kotlin 使用序列進行處理

由圖可知，所謂惰性，就是在使用 map 或 filter 等操作符的時候，在程式碼的執行順序上，不會優先遍歷所有的集合，即偷個懶，先對集合中第一個元素進行 map 和 filter, 然後對該元素執行 find 操作，發現滿足 find 的條件，就立刻返回結果，由此可見，在有 map 和 find 或 last 等操作符組合時，序列的效能優化能發生最大的作用。

小結

在進行集合操作時，使用序列操作符，可以降低集合操作的時間和佔用的空間，降低時間的原因是惰性操作，降低空間佔用的原因是序列在執行操作時不會建立中間集合。
序列操作雖好，但也要視業務場景決定是否使用，否則反而會降低效率。

參考文獻

《實戰 Kotlin 》
Kotlin系列之序列(Sequences)原始碼完全解析