前言
Swift是一门非常优秀的语言。由于没有历史包袱,Swift得以集众家之长,甚至可以说激进。默认非空,类型安全,严格的编译时检查,为开发者避免了许多的坑。而强大的类型推断,面向协议的设计,以及函数式支持,使得写代码成为一种非常愉悦的体验。
当然,作为一门只有4年历史的语言,Swift仍然有许多亟需改进的地方。对于大一些的项目,日常开发中经常会遇到代码高亮失效,代码提示失效的问题,好好的一个IDE活生生变成了文本编辑器。而论项目编译时间,Swift项目的编译速度通常是OC的3倍。这让用iMac(8G内存,笔记本机械硬盘)的笔者养成了经常盯着屏幕发呆的习惯。
实际上,在Swift普及率较高的欧美开发者当中,也有人表示,对于大一些的项目,宁肯用OC。不是Swift语言不好,实在是XCode太坑(当然主要是swiftc这个前端的锅)。好在,Swift团队的一些成员正在重点改进编译相关问题,目前的测试数据似乎不错。预计到XCode10实装的时候,能够明显改进项目的编译速度,IDE变白板的情况也会改善很多。
正文
在那之前,官方提供了一个工具,可以方便定位会产生编译瓶颈的代码。具体做法如下(XCode 8 以上):
- 在项目的target中,打开build setttings
- 在里面找到
Other Swift Flags
这一项 - 添加两个参数:
-Xfrontend
和-warn-long-function-bodies=100
,这里100单位是毫秒 - 重新编译项目
以上的设置,会在编译耗时过长的函数方法上产生一个警告:
Instance method 'updateCurrentTime()' took 6228ms to type-check (limit: 100ms)
没错,6秒钟,而且只是类型检查。对于类型检查来说,100ms已经是很大的数字了,大部分情况下,1ms左右才是合理的。
简单说一下Swift代码编译过程:
Parsing: 执行语法检查,生成AST语法树,返回IDE语法错误及警告
Semantic analysis: 语义分析,执行类型检查及类型推断,生成类型完整的AST,返回IDE语义错误及警告。
Clang importer、SIL generation等等。。。
编译过程的前两步,直接决定了语法高亮和代码提示的响应速度。这个过程里Swift与OC最大的不同,便是引入了类型推断。实际上个人以为类型推断是Swift能够拥有简洁优雅语法的核心要素之一。想当年C++没有auto的时候,用Vector之类的容器真是让人欲仙欲死。
真是成也类型推断,败也类型推断。
我们来看看有问题的代码:
// _lastTime和currentTime都是Double类型的属性
guard abs(Int(round(_lastTime)) - Int(round(currentTime))) > 0 else {
return
}
其中abs()
和round()
是对应C函数的泛型重载,Int()
是参数重载,-
和>
是运算符重载。
看来复杂表达式中有了过多泛型和重载之后,类型推断的性能会指数级的下降,随之而来的便是类型检查时间过长。
因此,作为应对手段,我们只能把代码拆开:
let iLast: Int = Int(round(_lastTime))
let iCurr: Int = Int(round(currentTime))
let diff: Int = abs(iLast - iCurr)
guard diff > 0 else { return }
于是警告消失了,通过拆分表达式和显示类型提示,这段代码的类型检查速度提高了至少60倍。也由于这是代码编译过程的一部分,每次重编译代码都节省了5秒钟的人生。
这是一个悲伤的故事。
上面的例子可能比较特殊,不过除了重载以外,尾随闭包也是类型推断的重灾区。比如下面的代码:
// 250ms type-check
let averageScore = Int(round(scoreResult
.map{Float($0.value)}
.reduce(0, +)
/ Float(scoreResult.count)))
还是拆代码,以及闭包的显式类型提示:
// 10ms 以内
let ast: Float = scoreResult
.map{r in return Float(r.value)}
.reduce(0, +)
/ Float(scoreResult.count)
let averageScore: Int = Int(round(ast))
这么把警告一个个干掉之后,虽然不可能完全解决问题,但是满屏黑白的情况会减少很多,至少不用经常习惯性的按⌘S
来刷新了。(没错,除了代码键入,保存
也能触发语法检查)
后记
在官方对于swift编译性能改进的分析中(链接),提到了一些改进方向:
- 增量编译模型过于保守,许多不必要的重新编译。
- 名字解析过于激进,读入(反序列化)了过多的定义。
- 前端任务的二次方级(复杂度)的任务中,很多引用的定义的类型检查不够lazy。
- 表达式的类型推断对于约束的推导没有效率,某些情况下(时间复杂度)是超线性甚至指数级的。
- SIL优化的分析过程有时会缓存失败,导致超线性的性能退化。
- SIL生成IR的过程,在某些情况下(比如大的值类型)会生成过多的IR码,影响后端LLVM的处理时间。
由此,我们可以期待,在Swift 5发布的时候,无论是IDE的性能,还是代码编译速度,都有一个明显的改善。
PS:Swift 5还可以期待async/await
和Ownership
这样的并发及运行时性能改进,以及官方的主要目标,ABI稳定(跨版本二进制兼容的一部分)。