如何用Swift(beta)数组优化NSMutableArray的性能？

Question

在Swift中，我正在尝试构建一个大型项目集合。在运行时创建CoreData元素时，这非常迅速。但是，在尝试保留对这些项的索引时，使用Swift创建数组会对性能产生很大影响。下面的代码是NSMutableArray和Swift Array之间的基准测试。在iOS模拟器中运行时，Swift Array慢了约8倍。为什么会这样，它可以改进吗？或者随着苹果发布新版Xcode / Swift，这种情况是否会有所改善？

代码：

var start: NSDate
var time: NSTimeInterval
var batch = 1000000
var rate: Double

var oArr = NSMutableArray(capacity: batch)
start = NSDate()
for i in 1..batch {
    oArr.addObject(i)
}
time = -start.timeIntervalSinceNow
rate = Double(batch) / Double(time)
println("NSMutableArray \(batch) appends in \(time) sec: \(rate)/sec")

var sArr = Int[]()
start = NSDate()
for i in 1..batch {
    sArr += i
}
time = -start.timeIntervalSinceNow
rate = Double(batch) / Double(time)
println("Array<Int>     \(batch) appends in \(time) sec: \(rate)/sec")

模拟器中的输出（beta 2）为794％：

NSMutableArray 1000000 appends in 1.17320102453232 sec: 852368.843096295/sec
Array<Int>     1000000 appends in 9.31138801574707 sec: 107395.374170729/sec

模拟器中的输出（beta 3）：

NSMutableArray 1000000 appends in 0.71416300535202 sec: 1400240.55083487/sec
Array<Int>     1000000 appends in 5.00839000940323 sec: 199664.961818569/sec

iPhone 5上的输出（在iOS 7.1上的beta 3）:

NSMutableArray 1000000 appends in 8.79256194829941 sec: 113732.494110367/sec
Array<Int>     1000000 appends in 55.6573320031166 sec: 17967.084730975/sec

- Bouke

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没有什么需要修复的...只需像Objc一样编译Swift版本而不进行运行时检查。 - HAS

在iOS模拟器中运行时，Swift数组的速度大约比实际设备慢8倍。不要在模拟器中进行性能测试，因为这不能反映真实世界的结果。请在实际设备上运行或者在OS X（命令行）应用程序中运行。 - Jack Lawrence

@JackLawrence 我并不是在运行基准测试以便与其他系统进行数字比较；只是观察到 Array 比 NSArray 慢得多。无论是在模拟器、iOS 设备还是 OS X 应用程序中观察到的，我都不在意。 - Bouke

没错，但评论仍然适用。数组实现可能没有针对i386 / arm sim进行优化，因为没有理由这样做。 - Jack Lawrence

@JackLawrence 请看我的更新。如预期，在设备上的性能差异与模拟器相似。 - Bouke

Answer 1

更新：

在MacBook Pro 2 GHz Intel Core i7上使用Xcode beta-3和控制台程序，我使用原始测试得到以下数字（由于语法的微小变化而进行了修正）：

调试模式（-O0）：

NSMutableArray 1000000 appends in 0.782136023044586 sec: 1278549.9843203/sec
Array<Int>     1000000 appends in 5.56463801860809 sec: 179706.208500177/sec

Release (-Os):

NSMutableArray 1000000 appends in 0.14977502822876 sec: 6676680.43081684/sec
Array<Int>     1000000 appends in 0.124498963356018 sec: 8032195.3937913/sec

Release (-Ofast)：

发布(-Ofast)：

NSMutableArray 1000000 appends in 0.151567995548248 sec: 6597698.91646863/sec
Array<Int>     1000000 appends in 0.122538030147552 sec: 8160731.80543105/sec

- CouchDeveloper

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在beta5、iOS8、iPhone 5S上，使用-Os选项：NSMutableArray 100000个追加操作用时0.0127469897270203秒：速度为7844989.45566939次/秒；[Int] 100000个追加操作用时0.053788959980011秒：速度为1859117.55938694次/秒。仍存在5倍差距 :/ - Ilya Belikin

Answer 2

你告诉 NSMutableArray 需要一次性分配多少空间，但每次添加元素时，Swift 数组都需要重新分配空间，这似乎不太公平。尽管如此，这使得 Swift 版本的速度非常快，虽然在某种程度上有些不公平：

var sArr = Array<Int>(count: batch, repeatedValue: 0)
start = NSDate()
for i in 0..batch {
    sArr[i] = i
}

编辑：看起来NSMutableArray并没有使用你提供的容量来加快自己的速度，所以也许不用在意？

- Nate Cook

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这很公平，因为我希望两种实现都尽可能快。NSMutableArray提供了设置初始容量的参数。然而，您创建具有初始值的数组的建议也很有趣。虽然它不完全相同于初始容量，但表明数组也可以具有高性能。 - Bouke

Answer 3

我已经在我的旧iPhone 4上使用XCode 6.3.1进行了一些测试，并发现Array比NSMutableArray快得多。

调试模式

NSMutableArray  1000000 appends in 8.11677902936935 sec: 123201.579885525/sec
Array1<Int>     1000000 appends in 3.9488559961319 sec: 253237.900034732/sec
Array2<Int>     1000000 appends in 2.59551799297333 sec: 385279.548324162/sec

发布模式

NSMutableArray  1000000 appends in 5.76798897981644 sec: 173370.650238625/sec
Array1<Int>     1000000 appends in 0.0752439498901367 sec: 13290105.0710402/sec
Array2<Int>     1000000 appends in 0.0505729913711548 sec: 19773400.2456174/sec

当Array1 = [Int]()，Array2 = [Int?](count: batch, repeatedValue: nil)时

对于Array1，我使用了array.append(i)而不是"+="，这可以使它更快。

- ethanchli

Answer 4

Swift优化器仍在不断改进中。即使是在b1和b3之间，我也看到一个小型基准测试程序从编译为-O时需要3秒，变为只需要0.2秒。记得尝试使用-O和-Ofast选项，并在每个beta版本中继续尝试，同时对于异常或意外缓慢的事情提交错误报告。随着时间的推移，它应该会变得更好 :)

- Catfish_Man