Java 性能竟然优于 Rust,哪里有问题呢?

196 天前
 acr0ss

近日 B 站看到概率问题:《连续抛 10000 次硬币,最多几连正的概率最大?》

使用擅长的 Java 模拟,共 10w 次实验,每次实验模拟投掷 1w 次,耗时 1080ms ;多次运行耗时相差不大。
同样的算法,用 Kimi 翻译成 Rust ,cargo build --release 生成可执行文件;但执行效率不如 Java ,且耗时 10x
哪里有问题呢?

Java

public class TossStreakProbability {
    public static final int tosses = 10_000; // 10^4
    public static final int iterations = 100_000; // 10^5

    public static void main(String[] args) {
        Instant start = Instant.now();
        Map<Integer, Long> streakMap = new HashMap<>();

        for (int i = 0; i < iterations; i++) {
            int maxStreak = maxStreak();
            streakMap.put(maxStreak, streakMap.getOrDefault(maxStreak, 0L) + 1);
        }

        long total = streakMap.values().stream().mapToLong(Long::intValue).sum();
        streakMap.forEach((key, value) -> System.out.printf(
                "Max: %d, count: %d, percent:%.2f%%\n",
                key, value, (value * 100.0) / total));

        // print execute time in ms
        System.out.println("Execution time: " + (Instant.now().toEpochMilli() - start.toEpochMilli()) + "ms");
    }

    public static int maxStreak() {
        int streak = 0, maxStreak = 0;
        var random = ThreadLocalRandom.current();
        for (int i = 0; i < tosses; i++) {
            boolean current = random.nextBoolean();
            if (current) {
                streak++;
            } else {
                streak = 0;
            }
            maxStreak = Math.max(maxStreak, streak);
        }
        return maxStreak;
    }
}

Rust

use std::collections::HashMap;
use std::time::Instant;

use rand::prelude::*;


const TOSSES: i32 = 10_000; // 10^4
const ITERATIONS: i32 = 100_000; // 10^5

fn main() {
    let start = Instant::now();
    let mut streak_map: HashMap<i32, i64> = HashMap::new();

    for _ in 0..ITERATIONS {
        let max_streak = max_streak();
        *streak_map.entry(max_streak).or_insert(0) += 1;
    }

    let total: i64 = streak_map.values().sum();
    for (key, value) in &streak_map {
        println!("Max: {}, count: {}, percent: {:.2}%", key, value, (*value as f64 / total as f64) * 100.0);
    }

    // print execute time in ms
    let duration = start.elapsed();
    println!("Execution time: {}ms", duration.as_millis());
}

fn max_streak() -> i32 {
    let mut streak = 0;
    let mut max_streak = 0;
    let mut rand = thread_rng();

    for _ in 0..TOSSES {
        let current = rand.gen_bool(0.5);
        if current {
            streak += 1;
        } else {
            streak = 0;
        }
        max_streak = std::cmp::max(max_streak, streak);
    }
    max_streak
}
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28 条回复
wuruxu
196 天前
按理应该差不多才是,rust 直接编译成机器码了,java 还有个 JIT 的虚拟机
fgwmlhdkkkw
196 天前
会不会是随机设备不一样。
nagisaushio
196 天前
盲猜 hasher 的问题。rust 默认 hasher 是比较慢的
XiLingHost
196 天前
如果用统一的随机数生成方式,比如 java 和 rust 都改成读取/dev/urandom 耗时会不会有所变化
xiaopanzi
196 天前
无法复现。我在 Linux 机器上,JDK 17 Execution time: 4273ms ; Rust 1.72 Execution time: 2310ms
undeflife
196 天前
之前碰到过类似的情况, 当时的分析结果是非常频繁的内存分配,rust 需要调用操作系统来分配会比有 gc 语言的开销要大, 使用 jemalloc 会有改善
undeflife
196 天前
另外你确定你的 Rust 代码是跑的 release 来比较性能的吧?
kneo
196 天前
你这个测的基本是随机数库的性能。你把随机数代码单独拿出来测一下。
ns09005264
196 天前
是随机数生成器的性能吧。
rust 的 rand 包启用 smallRng 特性,然后
let mut rand = thread_rng();
换成
let mut rand = rand::rngs::SmallRng::from_entropy();
rming
196 天前
搜了下,参考这个 issue ,https://github.com/rust-lang/rust/issues/43120

rand crate 并不是标准库
e3c78a97e0f8
196 天前
两个标准库的随机数算法完全不一样
Rust 默认的是密码学安全的随机数,Java 不是。而且它们二者的密码学安全随机数生成器也是不同的算法。你要比,就得都用一个算法的随机数,比如 MT19937 。
rming
196 天前
@rming Also note that Java's ThreadLocalRandom is an extremely simple linear congruential PRNG, while Rust's rand's thread_rng() is based on the ISAAC (claimed-to-be) cryptographically secure PRNG which is more expensive, so this benchmark is not an exactly apple-to-apple comparison.
lt0136
196 天前
随机数算法的问题:
Java 的随机数算法是 LCG:就是简单的 x(n+1) = (x(n) * a + c) % mod 计算
Rust 的 thread_rng 默认用的安全的随机数生成算法,好像是 chachaX ?会慢
ns09005264
196 天前
两个语言的随机数生成器的文档:
java:https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/java/util/concurrent/ThreadLocalRandom.html
Instances of ThreadLocalRandom are not cryptographically secure
ThreadLocalRandom 没有加密

rust:https://docs.rs/rand/latest/rand/rngs/index.html
meaning a cryptographically secure PRNG
ThreadRng 所使用的 StdRng 是加密的
764664
196 天前
Akagi201
196 天前
我用 rust 重写一个 js 算法(node.js 跟 bun), 结果耗时基本持平(rust 略差于 js), 最高内存消耗也持平.
所以带 gc 语言不一定就慢, 要看程序的瓶颈. 我算法的瓶颈主要在内存 io 上, 不在 cpu.
nullyouraise
196 天前
除了 rand 这个库可能是导致耗时增高的因素以外,你的 profile scope 内包含了 println ,向 stdout 输出时会 flush ,可能会导致耗时增高,在其他 Java vs Rust 的对比中也存在这样的可能性 https://www.reddit.com/r/rust/comments/1677ar8/why_is_rust_println_slower_than_java_println/
nullyouraise
196 天前
你可以试试分别统计 for 循环和 sum 的耗时,然后二者相加,最后对比 Rust 和 Java 实现里这个耗时值,我猜不会差太多
acr0ss
196 天前
@nullyouraise 谢谢告知这个影响。不过我任务这点影响不大,print 也就 25 行左右。
realJamespond
196 天前
随机算法设备这种基本环境得保证大致公平吧,不然这么比没意义了

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