lunes, 24 de junio de 2013

Mejorar la calidad de código como manera de optimizar el rendimiento

Artículo perteneciente a la sección de calidad del código

En muchas ocasiones oiréis (o incluso diréis): "he tenido que hacer esta guarrada para poder optimizar este caso concreto; se que no es demasiado bonito, pero era la única manera de optimizarlo". Tenemos metido en la cabeza, desde que empezamos a programar, que los códigos o son mantenibles o son óptimos, cuando la verdad es que normalmente cuando "optimizamos" siempre enguarramos el código mientras que cuando mejoramos la mantenibilidad del código casi siempre mejoramos el rendimiento de nuestro software, casi casi sin quererlo.

Es cierto que esta mejora del rendimiento es genérica y se esparce de igual manera por todo nuestro código y que tal vez no afecte tanto como nos gustaría a nuestra parte más crítica del programa. En este caso, cuando ya hemos hecho todo lo posible para mejorar la calidad del código, es cuando es lícito que apliquemos optimizaciones (como el uso de asm) a las zonas críticas, pero no antes.

El motivo por el cual la mejora de la calidad de código mejora nuestro rendimiento es sencillo. Mejorar la calidad de nuestros programas tiene dos componentes muy marcados: reducir duplicaciones de código(refactorizar) y disminuir la complejidad ciclomática.

Disminuyendo la complejidad ciclomática disminuimos el número de condicionales de nuestras funciones, es decir, reducimos cases dentro de los switchs y reducimos if's. Estas funciones condicionales son de las que más impactan en el rendimiento de nuestro código ya que son las que rompen el pipeline del procesador (lo explicaremos en otro artículo con más calma)  y hacen que el rendimiento de este baje en picado, por lo tanto, reduciendo condicionales aumentamos de forma directa la velocidad de proceso de nuestra aplicación.

Disminuyendo las duplicaciones de código por un lado permitimos que nuestras funciones quepan mejor en la cache de la CPU (nuevamente, lo explicaremos en otro artículo) haciendo que la velocidad de ejecución pueda aumentar drásticamente y por otro lado nos aseguramos que las optimizaciones que posteriormente se quieran implementar se harán solo una vez, evitando fallos y malfuncionamientos.

De resultas de estas dos características se acostumbra a tener un código más pequeño y con menos llamadas innecesarias a funciones, haciendo que el rendimiento de nuestra aplicación también aumente por este motivo.

A modo de ejemplo, imaginemos que tenemos una zona de código donde hemos detectado un cuello de botella. El problema en concreto reside en que tenemos una función que nos devuelve el modulo 10 del número que le pasamos como parámetro (recordad que solo es un ejemplo) y ha de hacerlo muchas veces y mur rápido para cumplir con las especificaciones que nos piden.

int mod_original(int i)
{
return (i%10);
}

Un programador con algo de experiencia sabe que según que operaciones matemáticas cuestan lo suyo por lo tanto, aunque sea una guarrada se podría implementar un vector precalculado o un switch con  todos los casos que nos afecten para no tener que realizar la operación costosa que nos atañe. El código de ejemplo sería este (seguid recordando que esto es un ejemplo :) )

int mod_switch(int i)
{
switch(i)
{
case 0: return 0;
case 1: return 1;
case 2: return 2;
case 3: return 3;
case 4: return 4;
case 5: return 5;
case 6: return 6;
case 7: return 7;
case 8: return 8;
case 9: return 9;
case 10: return 0;
default: return 0;
}
}

Con esta guarrada conseguiriamos mejorar algo el rendimiento, pero a coste de empeorar muchisimo la mantenibilidad.Aparte estariamos introduciendo un error ya que si en el futuro quisieramos usar esta función para calcular el modulo 10 de un número superior a 10 no funcionaria correctamente(default: return 0;). Entonces es cuando un segundo programador con más experiencia o más sentido común debería decir que ese tipo de guarradas no deberían hacerse y buscar otra solución. Al darle vueltas al problema no solo encontraría una forma mejor de implementar la función sino que se daría cuenta que el coste real no estaría en la operación de módulo sino en la llamada a la función, así que propondría una solución como la siguiente:

#define mod_opt(i) (i%10)

Cúal de los tres códigos es el más legible? Y cual el más eficiente?

En cuanto a legibilidad, para mi el tercero (aunque entiendo que es una cuestión personal) y en cuanto a eficiencia, os dejo los valores reales de la ejecución de los tres códigos:

Original:
Case:0 Milis:34
Case:1 Milis:30
Case:2 Milis:29
Case:3 Milis:30
Case:4 Milis:30
Case:5 Milis:30
Case:6 Milis:30
Case:7 Milis:30
Case:8 Milis:34
Case:9 Milis:34
Switch:
Case:0 Milis:29
Case:1 Milis:29
Case:2 Milis:28
Case:3 Milis:29
Case:4 Milis:28
Case:5 Milis:29
Case:6 Milis:28
Case:7 Milis:29
Case:8 Milis:29
Case:9 Milis:28
Opt:
Case:0 Milis:3
Case:1 Milis:3
Case:2 Milis:3
Case:3 Milis:3
Case:4 Milis:3
Case:5 Milis:3
Case:6 Milis:3
Case:7 Milis:3
Case:8 Milis:4
Case:9 Milis:4

Creo que no hace falta decir que en este caso , como en otros muchos, mejorar la legibilidad y la mantenibilidad del código no solo son buenas prácticas de programación sino que permiten mejorar el rendimiento de nuestras aplicaciones de forma directa.

Espero que os haya gustado.

Si tenéis dudas no tengáis reparos hacérmelas llegar.

Nos vemos


LordPakusBlog

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