より高速な非同期処理ライブラリ

はじめまして！
2013年度新卒入社で現在、スクールファンファーレのサーバサイドエンジニアを担当しているsuguruです。
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JavaScriptの非同期処理を行うときに、Async.jsというとても便利なライブラリがあります。
しかしAsync.jsはパフォーマンスの面ではあまりチューニングされていなく、改善する余地があります。
そこでパフォーマンスを改善したNeo-Async.jsについて紹介させていただきます。

 

Async.js

Neo-Async.jsに入る前に、Async.jsを紹介します。
Async.jsとはJavaScriptの非同期処理を直線的に書くことができるライブラリです。
直線的に書くことで可読性が高く、バグが起こりにくいコードを実現できます。

hoge(function(err, result) {
  fuga(result, function(err, result) {
    piyo(result, function(err, result) {
      console.log(result);
    });
  });
});

// ↓

async.waterfall([
  function (next) {
    hoge(next);
  },
  function (result, next) {
    fuga(result, next);
  },
  function (result, next) {
    piyo(result, next);
  }
], function(err, result) {
  console.log(result);
});

また並列処理や他にも便利なメソッドを多数揃えています。

Neo-Async.js

Neo-Async.jsとはAsync.jsと完全に互換性があり、 より高速でより利便性が高いライブラリです。
まずは処理速度について紹介します。以下のバージョンで測定します。

• Async v0.9.0
• Neo-Async v0.4.8

フロントエンドの速度比較

フロントエンドのベンチマーク計測にjsPerfを利用しました。 実行環境やプログラムにより速度が全く異なってくるので、ほんの一例です。
計測環境は以下の３つの環境です。

• Chrome 40.0.2214
• FireFox 34.0
• Safari 8.0.2

結果

図1: waterfallの実行例

function	Chrome	FireFox	Safari	url
waterfall	2.18	2.20	2.36	http://jsperf.com/async-waterfall/7
series	1.50	1.31	1.10	http://jsperf.com/async-series/8
parallel	15.67	10.17	5.01	http://jsperf.com/async-parallel/5
parallelLimit	1.35	1.41	1.11	http://jsperf.com/async-parallel-limit/2

waterfallでは約２倍の速度が出ており、フロントサイドではパフォーマンスの改善が期待できます。

サーバサイドの速度比較

サーバサイドのベンチマーク計測には簡易計測ツールを作って調べました。
ツールの仕様は以下の通りです。

• n回試行
• 毎回順番がランダム
• 毎回gcを走らせる
• n回の平均速度[μs]を計測

demo.js

var comparator = require('func-comparator'); // 今回作った計測ツール
var _ = require('lodash');
var async = require('async');
var neo_async = require('neo-async');

var count = 10; // parallelのタスク数
var times = 1000; // 試行回数
var array = _.shuffle(_.times(count));
var tasks = _.map(array, function(n) {
  return function(next) {
    next(null, n);
  };
});

// ここのfuncsを交互ではなく毎回ランダムで実行する
var funcs = {
  'async': function(callback) {
    async.parallel(tasks, callback);
  },
  'neo-async': function(callback) {
    neo_async.parallel(tasks, callback);
  }
};

comparator
.set(funcs)
.option({
  async: true,
  times: times
})
.start()
.result(console.log);

実行

task数10で1000回実行した平均速度を比較します。
実行環境は以下の通りです。

• node v0.10.35
• iojs v1.0.2

$ node --expose_gc demo.js // gcを使わずに実行も可能
$ iojs --expose_gc demo.js

結果

数値はn回の平均速度の比(Async/Neo-Async)になります。

function	node	iojs
waterfall	3.47	12.05
series	1.98	6.38
parallel	2.94	8.94
paralellLimit	2.88	6.13

node・iojsでもレスポンス改善が期待できます。

waterfallの速度比較

taskのサイズによっても速度が大きく変わってくるため、task数の変化による速度変化を調べます。
ツールの仕様は以下の通りです。

• task数がlowerからinterval間隔でupperまで実行
• 毎回順番がランダム
• 毎回gcを走らせる
• n回の平均速度[μs]を計測

demo2.js

var statistic = require('func-comparator').statistic;
var _ = require('lodash');
var async = require('async');
var neo_async = require('neo-async');

// サンプリング回数
var times = 100;
var create = function(count) {
  // countはtask数
  var array = _.shuffle(_.times(count));
  var tasks = _.map(array, function(n, i) {
    if (i === 0) {
      return function(next) {
        next(null, n);
      };
    }
    return function(total, next) {
      next(null, total + n);
    };
  });
  var funcs = {
    'async': function(callback) {
      async.waterfall(tasks, callback);
    },
    'neo-async': function(callback) {
      neo_async.waterfall(tasks, callback);
    }
  };
  return funcs;
};

statistic
.create(create)
.option({
  async: true,
  times: times,
  count: {
    lower: 10,
    upper: 1000,
    interval: 10
  }
})
.start()
.result(console.log)
.csv('waterfall_' + _.now());

実行

task数10~1000、間隔は10刻みで、毎回の試行回数は100回です。 実行環境は以下の通りです。

• node v0.10.35
• iojs v1.0.2

$ node --expose_gc demo2.js
$ iojs --expose_gc demo2.js

結果

処理結果は以下の図になります。x軸はtask数、y軸は平均処理時間[μs]です。


図2: nodeの速度比較
図3: iojsの速度比較
task数が大きくなるにつれ速度差・速度比が大きくなってきます。 Neo-Asyncではtask数が増えても高パフォーマンスが期待できます。

利便性の向上

underscoreやLo-DashではObjectをArrayのforEachのように実行することが当たり前のようにサポートされていますが、 Asyncではサポートされていません。
Neo-Asyncではほとんどのfunctionでサポートしており、これは何かと便利な機能です。

var object = {
  HOGE: 'hoge',
  FUGA: 'fuga',
  PIYO: 'piyo'
};

async.each(Object.keys(object), function(key, done) {
  var str = object[key];
  /* 処理 */
  console.log(str);
  done();
}, callback);

neo_async.each(object, function(str, done) {
  /* 処理 */
  console.log(str);
  done();
}, callback);

終わりに

Asyncの実装はとてもきれいで勉強になりますので、ぜひ読んでいただきたいです。
Neo-Asyncはとてもコードは冗長ですが、高パフォーマンスを実現することができました。
これからもより快適なゲームが作れるように努めて行きたいと思います。
スクファンもよろしくお願いします！(｀・ω・´)