13.1 瓶颈规则 (The Bottleneck Rule)
不管是什么实现,关于优化都可以整理出三点规则:它应该关注瓶颈,它不应该开始的太早,它应该始于算法。
也许关于优化最重要的事情就是要意识到,程序中的大部分执行时间都是被少数瓶颈所消耗掉的。 正如高德纳所说,“在一个与 I/O 无关 (Non-I/O bound) 的程序中,大部分的运行时间集中在大概 3% 的源代码中。” λ 优化程序的这一部分将会使得它的运行速度明显的提升;相反,优化程序的其他部分则是在浪费时间。
因此,优化程序时关键的第一步就是找到瓶颈。许多 Lisp 实现都提供性能分析器 (profiler) 来监视程序的运行并报告每一部分所花费的时间量。 为了写出最为高效的代码,性能分析器非常重要,甚至是必不可少的。 如果你所使用的 Lisp 实现带有性能分析器,那么请在进行优化时使用它。另一方面,如果实现没有提供性能分析器的话,那么你就不得不通过猜测来寻找瓶颈,而且这种猜测往往都是错的!
瓶颈规则的一个推论是,不应该在程序的初期花费太多的精力在优化上。高德纳对此深信不疑:“过早的优化是一切 (至少是大多数) 问题的源头。” λ 在刚开始写程序的时候,通常很难看清真正的瓶颈在哪,如果这个时候进行优化,你很可能是在浪费时间。优化也会使程序的修改变得更加困难,边写程序边优化就像是在用风干非常快的颜料来画画一样。
在适当的时候做适当的事情,可以让你写出更优秀的程序。 Lisp 的一个优点就是能让你用两种不同的工作方式来进行开发:很快地写出运行较慢的代码,或者,放慢写程序的速度,精雕细琢,从而得出运行得较快的代码。
在程序开发的初期阶段,工作通常在第一种模式下进行,只有当性能成为问题的时候,才切换到第二种模式。 对于非常底层的语言,比如汇编,你必须优化程序的每一行。但这么做会浪费你大部分的精力,因为瓶颈仅仅是其中很小的那部分代码。一个更加抽象的语言能够让你把主要精力集中在瓶颈上, 达到事半功倍的效果。
当真正开始优化的时候,还必须从最顶端入手。 在使用各种低层次的编码技巧 (low-level coding tricks) 之前,请先确保你已经使用了最为高效的算法。 这么做的潜在好处相当大 ── 甚至可能大到你都不再需要玩那些奇淫技巧。 当然本规则还是要和前一个规则保持平衡。 有些时候,关于算法的决策必须尽早进行。