你知道计算机在一秒内可以做多少事情吗?

让我们看看你有多了解你的电脑!所有这些程序里都包含一个 NUMBER 变量。你的任务是:猜猜需要把 NUMBER 设置为一个多大的数,才能让相应的程序执行耗时一秒。

你不需要猜出准确数字:它们都介于1到十亿之间。猜出数量级即可!注意以下几点:

  • 如果正确答案是 38,000,那么猜 10,000 和 100,000 都是正确的。
  • 我们知道,计算机有着不同的硬盘性能、网速和CPU速度!我们试图让你能够区分运行 10次/秒 和 10万次/秒 的代码之间的差别。一台新的电脑并不能让你的代码运行速度快上1000倍 :)
  • 也就是说,所有的代码运行在一台新款笔记本电脑上,它有着快速的SSD硬盘以及还不错的网速。C 代码全部使用 gcc -O2 来进行编译

祝你好运!很多问题的答案会出乎你的意料。我们会匿名收集你的答案,未来我们公布一些图表哦,敬请期待! =D


欢迎来到第一个问题!这个问题是让你练练手:

在一秒中之内能执行多少次循环?(可能比你想象的要多得多哦!)

猜猜看:1 秒钟执行循环次数

准确答案:550,000,000

猜猜看:1秒钟执行循环次数

准确答案:68,000,000

既然我们已经知道了 Python 的极限(1亿 指令/秒),让我们看一个更加实际的例子。字典在Python中的应用随处可见,所以,在一秒钟的时间里,我们能够向一个字典添加多少元素呢?

猜猜看:1秒钟执行循环次数

准确答案:11,000,000

当你搞定这题之后,让我们看一个更复杂的操作,用 Python 内建的 HTTP 请求解析器来解析一个请求

猜猜看:1秒钟可以解析的HTTP请求数

接下来,我们将会看到,下载一个网页 vs 执行一个 Python 脚本!

提示:本题答案都小于1亿 :)

猜猜看:1秒钟可以完成的HTTP请求数

准确答案:4

猜猜看:1秒钟执行循环次数

准确答案:77

启动程序本身就非常耗时,并不只有是Python是这样。如果我们只是运行/bin/true,那么1秒能做500次,所以看起来运行任何程序一般需要大约1毫秒时间。当然,下载网页的快慢很大程度上取决于网页大小、网络连接速度、以及服务器间的距离,今天我们并不会深入探讨网络性能(网络性能是一件非常有趣的事情)。一个从事高性能网络开发的朋友告诉我,一次网络往返可以做到250ns(!!!),但是要求计算机距离非常近,同时搭配豪华的硬件配置。对我们和Google来讲,耗时是它的一百万倍。在一个纳秒的时间,光只能传播一英尺,而谷歌的服务器远在250英尺以外的地方。

在一秒钟时间内,可以向硬盘写多少字节的数据?我们都知道向内存写数据更快些,但是快多少呢?下面的代码在一个装有SSD的硬盘上执行。

猜猜看:一秒钟写入多少字节

准确答案:342,000,000

猜猜看:一秒钟写入多少字节

准确答案:2,000,000,000

硬盘比内存要慢,即使你使用“较慢”的语言,比如Python,这种差别也是有影响的。如果你使用一个非常快速的硬盘(我的SSD已知的写入速度>500MB/s,可以称得上快)很多事情最终都受限于硬盘的速度。我们来看下一个例子!

文件时间到!有时候我执行一条 grep 命令处理大量数据,然后它就一直执行下去了,grep 在一秒内可以搜索多少字节的数据呢?

注意,当程序执行时,grep读入的数据已经全部读入内存。这让我们能够知道grep慢的原因,多少是因为搜索,多少是因为读取到硬盘。

列出文件同样耗时!在一秒钟内可以列出多少文件呢?

猜猜看:1秒能够搜索多少字节?

准确答案:2,000,000,000

猜猜看:一秒能够列出多少文件?

准确答案:325,000

很好!现在我知道grep可以以2GB/s的速度搜索,所以,至少在这个例子中,我们程序的速度主要受限于硬盘速度而不是grep的速度。

序列化通常是一个很耗时的工作,尤其是当你需要反复的序列化/反序列化一份数据的时候,真的非常痛苦。这里有一些基准测试:解析 64K 的JSON文件,同样的数据用 msgpack 格式编码。

猜猜看:一秒钟循环次数

准确答案:449

猜猜看:一秒钟循环次数

准确答案:4000

基本上任何一个谈论序列化的人都会提到 capnproto 可以进行即时的序列化。我们只是想让你明白,反序列化一个64K的数据需要花上1微妙(据我们所知,这是非常长的时间了),而且你选择的格式和库也会带来非常大的影响。

数据库。我们并没有为你准备炫酷的PostgreSQL,取而代之的是我们弄了两份包含一千万行数据的SQLite数据表,一份设置了索引,另一份没有。

猜猜看:一秒钟执行的查询次数

准确答案:53000

猜猜看:一秒钟执行的查询次数

准确答案:2

并不出乎我们的意料:索引的效果很赞。20几微秒进行一次带索引查询意味着,如果这是基于一个距离很远的数据服务器的连接,那么查询的时间主要受限于到服务器的网络往返时间。

下面到哈希时间啦!在这里,我们将比较MD5(设计的初衷就是要速度快)和 bcrypt(设计的初衷就是要速度慢)。用MD5你在1秒时间内可以哈希到相当多的东西,而用 bcrypt 则不能。

猜猜看:一秒内可以哈希多少字节的数据

准确答案:455,000,000

猜猜看:一秒内可以哈希多少字节的密码

准确答案:3

接下来,让我们探讨一下内存访问。现在的 CPU 有 L1 和 L2 缓存,这比主内存访问速度更快。这意味着,循序访问内存(CPU可以把一大块数据加载进缓存)通常比不按顺序访问内存能提供更快的代码。

让我们看看,事实是多么令我们吃惊吧!你可能需要参考《Latency Numbers Every Programmer Should Know》来猜这一题。

猜猜看:一秒钟写的字节数

准确答案:376,000,000

猜猜看:一秒钟写的字节数

准确答案:68,000,000

我们通常不会写太多的C代码,所以并不会总是受其影响。但是如果你很在意你的命令耗时多少微秒的时候(当你尝试每秒处理十亿数据的时候,你就会在意),你就会很在意此类事情了。

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关于作者:艾凌风

初入职场小码农;翻译组的勤务员;C/Python/在线教育/英文翻译 个人主页 · 我的文章 · 71 ·    

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