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高性能且小巧的脚本语言 LuaJIT

作者:ooooooh灰灰
  • 2023-01-04
    浙江
  • 本文字数:2192 字

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高性能且小巧的脚本语言 LuaJIT

What's JIT?

Just-In-Time or JIT 是指在程序运行时进行代码编译的技术,像 Java,Python(这里指 PyPy)、LuaJIT 都引入了这种技术。


一般 JIT 编译器与解释器一同工作,大部分时间代码由解释器进行转换成机器码进行运行,当某些代码运行的次数超过设定的阈值时,就会触发 JIT 编译进行工作,JIT 编译器会把这些热点代码编译为机器码,当下次运行到这些代码时,就不用解析器进行解释转换了,可以直接运行机器码来提高程序的运行速度。


How does work of LuaJIT?

顾名思义,LuaJIT 是一种即时(JIT) 编译器。这意味着函数是按需编译的,即当它们首先运行时。这既确保了应用程序的快速启动,也有助于避免无用的工作。例如,未使用的函数根本不会被编译。


另一种编译方法称为提前(AOT) 编译。这里所有的东西都是在运行任何函数之前编译的。这是许多语言的经典方式,例如 C、C++、Go、Rust 等等。


当启动 LuaJIT 时,一切都像在标准 Lua 中一样进行:初始化 Lua 核心,加载标准库并分析命令行。然后通常会加载第一个 Lua 源代码文件并将其转换为 Lua 字节码。最后运行初始主块的函数......


example.lua:


local s = "hello,world!"
for i=1,10000 do for j=1,10000 do string.find(s, "ll", 1, true) endend
复制代码


上面代码中,它会被先转换成 LuaJIT 自己定义的字节码,我们可以用下面的命令来查看:


$ luajit -bl example.lua
复制代码


-- BYTECODE -- example.lua:0-80001    KSTR     0   0      ; "hello,world!"0002    KSHORT   1   10003    KSHORT   2 100000004    KSHORT   3   10005    FORI     1 => 00190006 => KSHORT   5   10007    KSHORT   6 100000008    KSHORT   7   10009    FORI     5 => 00180010 => GGET     9   1      ; "string"0011    TGETS    9   9   2  ; "find"0012    MOV     10   00013    KSTR    11   3      ; "ll"0014    KSHORT  12   10015    KPRI    13   20016    CALL     9   1   50017    FORL     5 => 00100018 => FORL     1 => 00060019 => RET0     0   1
复制代码


然后这些字节码再交给解释器去执行,当执行达到阈值设定时,就会触发 JIT 编译器的工作,LuaJIT 会先将它转换成 IR 中间码,然后转换成对应平台的机器码



Not Yet Implemented

在 LuaJIT 中,当 JIT 编译器编译成功后就会生成一个 trace 类型的 GC 对象,但是并不是所有的代码 LuaJIT 都能够成功编译。


当 LuaJIT 遇到不支持的函数或代码(一般叫它:NYI)时,就会中止当前的编译工作,重新回退到解释器执行的模式去。


例如上面的 string.find() 函数,只有 LuaJIT 2.1 以上的版本才支持,我们可以执行添加 -jv 选项来显示有关 JIT 编译器进度的详细信息。


$ luajit -vLuaJIT 2.0.5 -- Copyright (C) 2005-2017 Mike Pall. http://luajit.org/
$ luajit -jv example.lua[TRACE --- example.lua:4 -- NYI: FastFunc string.find at example.lua:5]
复制代码


当 LuaJIT 版本为 2.0.5 时,就会提示你 NYI: FastFunc string.find at example.lua:5,意思就是说 LuaJIT 编译器不支持编译 example.lua 文件的第 5 行代码,第 5 行代码就是 string.find(s, "ll", 1, true)


当我们切换到 luajit-2.1.0-beta3 后,再执行看看:


$ luajit-2.1.0-beta3 -jv example.lua[TRACE   1 example.lua:4 loop][TRACE   2 (1/3) example.lua:3 -> 1]
复制代码


TRACE 后面接着是数字,说明 JIT 编译成功了

How does maintain speed of LuaJIT?

要保证 LuaJIT 的运行速度时,就要避免使用 NYI 函数,如果调用 C 函数的话,尽量使用 LuaJIT 的 ffi 库来调用 C 函数。


尽量保持使用最新的 LuaJIT 版本,LuaJIT 的 2.1 版本加入了很多原先不支持的 NYI 函数,例如 string.find() 等,所以尽量使用最新版本来提升可被 JIT 编译的函数的数量。


如果需要使用 NYI 函数时,可以去看看网上或 OpenResty 中有没有对应替代函数。

Speed Test between JIT and None-JIT

那么,有 JIT 和没有 JIT 之间的速度差异到底有大呢?


由于 LuaJIT 2.0.5 的 JIT 不支持 string.find(),不会触发 JIT 的编译工作,所以我们可以用上面的代码,然后用 LuaJIT 2.0.5LuaJIT 2.1.0-beta3 分别来执行测试下有 JIT 和 没有 JIT 之间代码执行的速度:


example.lua:


local s = "hello,world!"
for i=1,10000 do for j=1,10000 do string.find(s, "ll", 1, true) endend
复制代码


LuaJIT 2.0.5 的执行速度:


# 第一次测试$ time luajit-2.0.5 example.lualuajit-2.0.5 example.lua  2.14s user 0.00s system 99% cpu 2.140 total
# 第二次测试$ time luajit-2.0.5 example.lualuajit-2.0.5 example.lua 2.17s user 0.00s system 99% cpu 2.169 total
# 第三次测试$ time luajit-2.0.5 example.lualuajit-2.0.5 example.lua 2.17s user 0.00s system 99% cpu 2.176 total
复制代码


LuaJIT 2.1.0-beta3 的执行速度:


# 第一次测试$ time luajit-2.1.0-beta3 example.lualuajit-2.1.0-beta3 example.lua  0.03s user 0.00s system 99% cpu 0.026 total
# 第二次测试$ time luajit-2.1.0-beta3 example.lualuajit-2.1.0-beta3 example.lua 0.02s user 0.00s system 99% cpu 0.024 total
# 第三次测试$ time luajit-2.1.0-beta3 example.lualuajit-2.1.0-beta3 example.lua 0.03s user 0.00s system 99% cpu 0.026 total
复制代码


可以看到,两个的速度相差了差不多 100 倍

发布于: 3 小时前阅读数: 15
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不干活,就没饭吃 2021-07-15 加入

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