60亿次for循环，原来这么多东西
2020-09-25
加入收藏
作者： Peter 谭老师
转发链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Vs8CwdGJ6JUyH_Kp0H5l4Q
起因
- 有人在思否论坛上向我付费提问
- 当时觉得，这个人问的有问题吧。仔细一看，还是有点东西的
问题重现
- 编写一段Node.js代码
var http = require('http');
http.createServer(function (request, response) {
var num = 0
for (var i = 1; i < 5900000000; i++) {
num += i } response.end('Hello' + num);
}).listen(8888);
- 使用nodemon启动服务,用time curl调用这个接口
- 首次需要7.xxs耗时
- 多次调用后，问题重现
- 为什么这个耗时突然变高，由于我是调用的是本机服务，我看CPU使用当时很高，差不多达到100%了.但是我后面发现不是这个问题.
问题排查
- 排除掉CPU问题，看内存消耗占用。
var http = require('http');
http .createServer(function(request, response) { console.log(request.url, 'url');
let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses Approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'start',
); console.time('测试');
let num = 0;
for (let i = 1; i < 5900000000; i++) {
num += i; } console.timeEnd('测试');
used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'end',
); response.end('Hello' + num);
}) .listen(8888);
- 测试结果：
- 内存占用和CPU都正常
- 跟字符串拼接有关，此刻关闭字符串拼接（此时为了快速测试，我把循环次数降到5.9亿次）
- 发现耗时稳定下来了
定位问题在字符串拼接，先看看字符串拼接的几种方式
- 一、使用连接符 “+” 把要连接的字符串连起来
var a = 'JAVA'
var b = a + 'script'
* 只连接100个以下的字符串建议用这种方法最方便
- 二、使用数组的 join 方法连接字符串
var arr = ['hello','java','script']
var str = arr.join("")
- 比第一种消耗更少的资源，速度也更快
- 三、使用模板字符串，以反引号（ ` ）标识
var a = 'java'
var b = `hello ${a}script`
- 四、使用 JavaScript concat() 方法连接字符串
var a = 'java'
var b = 'script'
var str = a.concat(b)
五、使用对象属性来连接字符串
function StringConnect(){
this.arr = new Array()
}StringConnect.prototype.append = function(str) {
this.arr.push(str)
}StringConnect.prototype.toString = function() {
return this.arr.join("")
}var mystr = new StringConnect()
mystr.append("abc")
mystr.append("def")
mystr.append("g")
var str = mystr.toString()
更换字符串的拼接方式
- 我把字符串拼接换成了数组的join方式(此时循环5.9亿次)
var http = require('http');
http .createServer(function(request, response) { console.log(request.url, 'url');
let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'start',
); console.time('测试');
let num = 0;
for (let i = 1; i < 590000000; i++) {
num += i; } const arr = ['Hello'];
arr.push(num); console.timeEnd('测试');
used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'end',
); response.end(arr.join(''));
}) .listen(8888);
- 测试结果，发现接口调用的耗时稳定了(注意此时是5.9亿次循环)
- 《javascript高级程序设计》中，有一段关于字符串特点的描述，原文大概如下：ECMAScript中的字符串是不可变的，也就是说，字符串一旦创建，他们的值就不能改变。要改变某个变量的保存的的字符串，首先要销毁原来的字符串，然后再用另外一个包含新值的字符串填充该变量
就完了？
- 用+直接拼接字符串自然会对性能产生一些影响，因为字符串是不可变的，在操作的时候会产生临时字符串副本，+操作符需要消耗时间，重新赋值分配内存需要消耗时间。
- 但是，我更换了代码后，发现，即使没有字符串拼接，也会耗时不稳定
var http = require('http');
http .createServer(function(request, response) {
console.log(request.url, 'url');
let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'start',
);
console.time('测试');
let num = 0;
for (let i = 1; i < 5900000000; i++) {
// num++;
}
const arr = ['Hello'];
// arr[1] = num;
console.timeEnd('测试');
used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'end',
); response.end('hello');
}) .listen(8888);
- 测试结果：
- 现在我怀疑，不仅仅是字符串拼接的效率问题，更重要的是for循环的耗时不一致
var http = require('http');
http .createServer(function(request, response) {
console.log(request.url, 'url');
let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'start',
);
let num = 0;
console.time('测试');
for (let i = 1; i < 5900000000; i++) {
// num++;
}
console.timeEnd('测试');
const arr = ['Hello'];
// arr[1] = num;
used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'end',
); response.end('hello');
}) .listen(8888);
- 测试运行结果：
- for循环内部的i++其实就是变量不断的重新赋值覆盖
- 经过我的测试发现，40亿次跟50亿次的区别，差距很大，40亿次的for循环，都是稳定的，但是50亿次就不稳定了.
- Node.js的EventLoop:
- 我们目前被阻塞的状态：
- 我电脑的CPU使用情况
优化方案
- 遇到了60亿次的循环，像有使用多进程异步计算的，但是本质上没有解决这部分循环代码的调用耗时。
- 改变策略，拆解单次次数过大的for循环：
var http = require('http');
http .createServer(function(request, response) { console.log(request.url, 'url');
let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'start',
); let num = 0;
console.time('测试');
for (let i = 1; i < 600000; i++) {
num++; for (let j = 0; j < 10000; j++) {
num++; } } console.timeEnd('测试');
const arr = ['Hello'];
console.log(num, 'num');
arr[1] = num;
used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'end',
); response.end(arr.join(''));
}) .listen(8888);
- 结果，耗时基本稳定，60亿次循环总共：
推翻字符串的拼接耗时说法
- 修改代码回最原始的+方式拼接字符串
var http = require('http');
http .createServer(function(request, response) { console.log(request.url, 'url');
let used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'start',
); let num = 0;
console.time('测试');
for (let i = 1; i < 600000; i++) {
num++; for (let j = 0; j < 10000; j++) {
num++; } } console.timeEnd('测试');
// const arr = ['Hello'];
console.log(num, 'num');
// arr[1] = num;
used = process.memoryUsage().heapUsed / 1024 / 1024;
console.log(
`The script uses approximately ${Math.round(used * 100) / 100} MB`,
'end',
); response.end(`Hello` + num);
}) .listen(8888);
- 测试结果稳定，符合预期：
总结：
- 对于单次循环超过一定阀值次数的，用拆解方式，Node.js的运行耗时是稳定，但是如果是循环次数过多，那么就会出现刚才那种情况，阻塞严重，耗时不一样。
- 为什么？
深度分析问题
- 遍历60亿次，这个数字是有一些大了，如果是40亿次，是稳定的
- 这里应该还是跟CPU有一些关系，因为top查看一直是在升高
- 此处虽然不是真正意义上的内存泄漏，但是我们如果在一个循环中不仅要不断更新i的值到60亿，还要不断更新num的值60亿，内存使用会不断上升，最终出现两份60亿的数据，然后再回收。（因为GC自动垃圾回收，一样会阻塞主线程，多次接口调用后，CPU占用也会升高）
- 使用for循环拆解后：
for (let i = 1; i < 60000; i++) {
num++;
for (let j = 0; j < 100000; j++) {
num++;
}
}
- 只要num到60亿即可,解决了这个问题。
哪些场景会遇到这个类似的超大计算量问题：
- 图片处理
- 加解密
❝
如果是异步的业务场景，也可以用多进程参与解决超大计算量问题，今天这里就不重复介绍了
作者： Peter 谭老师
转发链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Vs8CwdGJ6JUyH_Kp0H5l4Q
