在JavaScript中实现LINQ——一次“失败”的尝试

这篇文章的起因是我在知乎上对JavaScript 函数式编程存在性能问题么?这个问题的回答。其实在这个问题之前挺久我就想做相关的尝试,但懒癌无药医,挖坑如山倒,填坑如抽丝。

废话不多说,走你。

C# 3.0引入了引以为豪的LINQ(Language INtergrated Query),可以用类函数式的方式操作集合(C#中的IEnumerable接口)。

在JS中,数组也有类似的filtermapreduce一类方法,但存在重复遍历问题,利用C#中LINQ的思路,给JS实现一套LINQ是否可行呢?

C#中的LINQ

C#中的LINQ是通过yield来避免重复遍历的,抽象的说,Where(对应filter)、Select(对应map)这类的方法调用的时候,都只会把操作“暂存”起来,直到调用了ToArrayAggregate(对应reduce)之类的方法,才会“驱动”它去进行遍历。

举一个简单的例子

上面是一个最基本的filter/map/reduce的过程(下文也会继续用这个例子),只有在Aggregate调用的时候,才会对数组进行遍历,而WhereSelect只是一些类型为IQueryable<T>的中间过程。

C#中的LINQ得益于C#的yield关键字,配合First-Class-Function可以不费吹灰之力地构建IEnumerable<T>,而C#中的foreach提供了对IEnumerable<T>的语法糖,这样就可以很自然的对LINQ的中间结果进行二次加工,而不需要繁琐地手工调用.Next()

JS中的filter/map/reduce

JS中的原生数组就自带了filter/map/reduce等一系列函数化的集合操作方法,但使用中有一个隐患就是,每次调用它们都会进行一次完整的遍历,这样当用这样连写的风格,就会造成重复遍历

上面的代码,在filtermap被调用的时候,都会遍历一次数组,reduce的时候再遍历一次,这样总共就被遍历了三次,当集合比较大的时候,这估计不是大家所想见发生的事情。

如果在filter/map/reduce的回调函数里打印一些调试信息,我们会发现调用的次序大概会是这样的

JS中的LINQ

yield/generator

ES6中有了yield和Generator Function(不熟悉的可以先回顾一下我几百年前写的这篇这篇文章),并且,由于Symbol.iteratorfor of语法的引入,能用生成器构造集合了,并且还能和for of无缝衔接。

也就是说,ES6已经有了C#那样优雅地实现LINQ的基础设施,我们就来实现一个简单的试试。

IQueryable

首先我们像C#那样实现一个IQueryable类,并且它通过Symbol.iterator能够支持被for of遍历

由于我们是“面向接口编程”的,这里我们并不关心new Queryable(xxx)传入的是一个Array、一个Generator还是一个Queryable,反正它们都可以被for of遍历。

然后为了方便,在Array.prototype上挂了一个方法,别嫌脏,娱乐而已。

尝试一下

filter/map/reduce

我们的Queryable类已经可以享受for of语法糖的便利了,然后我们就可以基于这个给它愚快地添加各种集合操作方法了

这里注意,filtermap分别调用了_filter_map方法,它们返回的结果都是Generator,我们知道一个Generator只定义了集合如何“被遍历”,而事实上它没有真正发生操作,需要调用next()或者for of(也就是next()的语法糖)来“驱动”它进行遍历。

reduce当中调用了for of,也就是它真正发生了遍历。

赶紧爽一爽

如果在filter/map/reduce的回调函数里打印一些调试信息,我们会发现调用的次序大概会是这样的

只遍历了一遍

扩展LINQ

有了上面三个方法我们可以顺便构造一下lengthtoArray这类的方法,比如

当然其实map/reduce都是foldl/foldr的具象(吃我一发安利,参考我写的使用JavaScript实现“真·函数式编程”,所以上面的那些方法其实都可以写得更“函数式”,但既然这篇文章只是为了实验,就不搞那么多幺蛾子了。

性能测试

我们用benchmark模块对上述代码进行性能测试,并且引入两个对照组,不多说了,直接看代码吧

用长度为100的数组进行测试,结果

可以看出,我们的LINQ性能非常非常的废柴,主要原因:

  • JS对Generator的优化非常废柴
  • JS对for of的优化非常废柴——因为它就是Generator#next()的语法糖

结论

虽然我们通过ES6的一系列新特性给JS实现了lazy的LINQ,避免重复遍历,是实现了,但想象中的性能提高却是化为泡影。

当然,通过不断优化,减少for of的使用,改为手工.next()遍历,也许性能还会高一些,但一来我不太相信它会有很明显的变化。二来更重要的是,不用for of的话,我们就不能实现“无痛”的集合操作代码编写了,既然已经不能“无痛”,那么同样“痛”的方法自然有性能更优的,而且根本不需要Symbol.iterator、Generator等等这一大堆新特性。

所以这是一个成功的尝试,也是一个失败的尝试。成功之处在于很开心能看到ES6有如此强大的基础设施用于编写优雅代码,发挥创造力。失败之处么,自然是由于现阶段的JS引擎并没有对这些新引入的特性进行值得称道的优化,这也提醒我对于这些新特性——至少是说,需要runtime支持的新特性——不要盲目的追新。

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