FSharp.Data CsvProvider 性能

FSharp.Data CsvProvider performance

我有一个包含 6 列和 678,552 行的 csv 文件。不幸的是,我不能分享任何数据样本,但类型很简单:int64int64datedatestringstring 等等没有缺失值。

使用 read.table 将此数据加载到 R 中的数据框中的时间:~ 3 秒。

在 F# 中使用 CsvFile.Load 加载此数据的时间:~ 3 秒。

在 F# 中将此数据加载到 Deedle 数据帧中的时间:~ 7 秒。

添加 inferTypes=false 并为 Deedle 的 Frame.ReadCsv 提供架构可将时间缩短至约 3 秒

在 F# 中使用 CsvProvider 加载此数据的时间:~ 5 分钟

这 5 分钟甚至是在我在 Schema 参数中定义类型之后,大概消除了 F# 用来推断它们的时间。

我知道类型提供程序需要比 R 或 CsvFile.Load 做更多的工作才能将数据解析为正确的数据类型,但我对 x100 的速度损失感到惊讶。更令人困惑的是 Deedle 加载数据所花费的时间,因为它还需要推断类型并进行适当的转换、按系列进行组织等。实际上我本以为 Deedle 比 CsvProvider 花费的时间更长。

this issue 中,CsvProvider 的糟糕性能是由大量列引起的,这不是我的情况。

我想知道我是否做错了什么,或者是否有任何方法可以加快速度。

澄清一下:创建提供程序几乎是瞬间完成的。当我强制生成序列由 Seq.length df.Rows 实现时,fsharpi 提示需要 ~ 5 分钟到 return。

我在 linux 系统上,F# v4.1 on mono v4.6.1。

这是 CsvProvider 的代码

let [<Literal>] SEP = "|"
let [<Literal>] CULTURE = "sv-SE"
let [<Literal>] DATAFILE = dataroot + "all_diagnoses.csv"

type DiagnosesProvider = CsvProvider<DATAFILE, Separators=SEP, Culture=CULTURE>
let diagnoses = DiagnosesProvider()

编辑 1: 我添加了 Deedle 将数据加载到框架中所需的时间。

编辑2: 如果 inferTypes=false 并提供了架构,则添加了 Deedle 花费的时间。

此外,按照评论中的建议在 CsvProvider 中提供 CacheRows=false 对加载时间没有明显影响。

编辑3: 好的,我们正在取得进展。由于某些特殊原因,似乎 Culture 是罪魁祸首。如果我省略此参数,CsvProvider 会在大约 7 秒内加载数据。我不确定是什么原因造成的。我系统的语言环境是 en_US。然而,数据来自瑞典语言环境中的 SQL 服务器,其中十进制数字由“,”而不是“.”分隔。这个特定的数据集没有任何小数,所以我可以完全省略 Culture。然而,另一组有 2 个小数列和超过 1,000,000 行。我的下一个任务是在我目前没有可用的 Windows 系统上对此进行测试。

编辑4: 问题似乎解决了,但我仍然不明白是什么原因造成的。如果我通过以下方式改变文化 "globally":

System.Globalization.CultureInfo.DefaultThreadCurrentCulture = CultureInfo("sv-SE")
System.Threading.Thread.CurrentThread.CurrentCulture = CultureInfo("sv-SE")

然后从 CsvProvider 中删除 Culture="sv-SE" 参数,加载时间减少到 6 秒左右,小数被正确解析。我将此打开,以防有人可以对此行为做出解释。

我正在尝试重现您遇到的问题,因为您无法共享我尝试生成一些测试数据的数据。但是,在我的机器 (.NET 4.6.2 F#4.1) 上,我没有看到它需要几分钟,它需要几秒钟。

也许您可以尝试查看我的示例应用程序在您的设置中的表现,我们可以从中进行工作?

open System
open System.Diagnostics
open System.IO

let clock =
  let sw = Stopwatch ()
  sw.Start ()
  fun () ->
    sw.ElapsedMilliseconds

let time a =
  let before  = clock ()
  let v       = a ()
  let after   = clock ()
  after - before, v

let generateDataSet () =
  let random            = Random 19740531

  let firstDate         = DateTime(1970, 1, 1)

  let randomInt     ()  = random.Next () |> int64 |> (+) 10000000000L |> string
  let randomDate    ()  = (firstDate + (random.Next () |> float |> TimeSpan.FromSeconds)).ToString("s")
  let randomString  ()  = 
    let inline valid ch =
      match ch with
      | '"'
      | '\'  -> ' '
      | _     -> ch
    let c   = random.Next () % 16
    let g i =
      if i = 0 || i = c + 1 then '"'
      else 32 + random.Next() % (127 - 32) |> char |> valid
    Array.init (c + 2) g |> String

  let columns =
    [|
      "Id"          , randomInt
      "ForeignId"   , randomInt
      "BirthDate"   , randomDate
      "OtherDate"   , randomDate
      "FirstName"   , randomString
      "LastName"    , randomString
    |]

  use sw      = new StreamWriter ("perf.csv")
  let headers = columns |> Array.map fst |> String.concat ";"
  sw.WriteLine headers
  for i = 0 to 700000 do
    let values = columns |> Array.map (fun (_, f) -> f ()) |> String.concat ";"
    sw.WriteLine values

open FSharp.Data

[<Literal>]
let sample = """Id;ForeignId;BirthDate;OtherDate;FirstName;LastName
11795679844;10287417237;2028-09-14T20:33:17;1993-07-21T17:03:25;",xS@ %aY)N*})Z";"ZP~;"
11127366946;11466785219;2028-02-22T08:39:57;2026-01-24T05:07:53;"H-/QA(";"g8}J?k~"
"""

type PerfFile = CsvProvider<sample, ";">

let readDataWithTp () =
  use streamReader  = new StreamReader ("perf.csv")
  let csvFile       = PerfFile.Load streamReader
  let length        = csvFile.Rows |> Seq.length
  printfn "%A" length

[<EntryPoint>]
let main argv = 
  Environment.CurrentDirectory <- AppDomain.CurrentDomain.BaseDirectory

  printfn "Generating dataset..."
  let ms, _ = time generateDataSet
  printfn "  took %d ms" ms

  printfn "Reading dataset..."
  let ms, _ = time readDataWithTp
  printfn "  took %d ms" ms

  0

性能数据(我桌面上的 .NET462):

Generating dataset...
  took 2162 ms
Reading dataset...
  took 6156 ms

性能数据(我的 Macbook Pro 上的 Mono 4.6.2):

Generating dataset...
  took 4432 ms
Reading dataset...
  took 8304 ms

更新

事实证明,向 CsvProvider 明确指定 Culture 似乎会大大降低性能。它可以是任何文化,不仅仅是 sv-SE 但为什么?

如果检查提供程序为快速和慢速情况生成的代码,就会注意到不同之处:

internal sealed class csvFile@78
{
  internal System.Tuple<long, long, System.DateTime, System.DateTime, string, string> Invoke(object arg1, string[] arg2)
  {
    Microsoft.FSharp.Core.FSharpOption<string> fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[0]);
    long arg_C9_0 = TextRuntime.GetNonOptionalValue<long>("Id", TextRuntime.ConvertInteger64("", fSharpOption), fSharpOption);
    fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[1]);
    long arg_C9_1 = TextRuntime.GetNonOptionalValue<long>("ForeignId", TextRuntime.ConvertInteger64("", fSharpOption), fSharpOption);
    fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[2]);
    System.DateTime arg_C9_2 = TextRuntime.GetNonOptionalValue<System.DateTime>("BirthDate", TextRuntime.ConvertDateTime("", fSharpOption), fSharpOption);
    fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[3]);
    System.DateTime arg_C9_3 = TextRuntime.GetNonOptionalValue<System.DateTime>("OtherDate", TextRuntime.ConvertDateTime("", fSharpOption), fSharpOption);
    fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[4]);
    string arg_C9_4 = TextRuntime.GetNonOptionalValue<string>("FirstName", TextRuntime.ConvertString(fSharpOption), fSharpOption);
    fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[5]);
    return new System.Tuple<long, long, System.DateTime, System.DateTime, string, string>(arg_C9_0, arg_C9_1, arg_C9_2, arg_C9_3, arg_C9_4, TextRuntime.GetNonOptionalValue<string>("LastName", TextRuntime.ConvertString(fSharpOption), fSharpOption));
  }
}

internal sealed class csvFile@78
{
  internal System.Tuple<long, long, System.DateTime, System.DateTime, string, string> Invoke(object arg1, string[] arg2)
  {
    Microsoft.FSharp.Core.FSharpOption<string> fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[0]);
    long arg_C9_0 = TextRuntime.GetNonOptionalValue<long>("Id", TextRuntime.ConvertInteger64("sv-SE", fSharpOption), fSharpOption);
    fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[1]);
    long arg_C9_1 = TextRuntime.GetNonOptionalValue<long>("ForeignId", TextRuntime.ConvertInteger64("sv-SE", fSharpOption), fSharpOption);
    fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[2]);
    System.DateTime arg_C9_2 = TextRuntime.GetNonOptionalValue<System.DateTime>("BirthDate", TextRuntime.ConvertDateTime("sv-SE", fSharpOption), fSharpOption);
    fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[3]);
    System.DateTime arg_C9_3 = TextRuntime.GetNonOptionalValue<System.DateTime>("OtherDate", TextRuntime.ConvertDateTime("sv-SE", fSharpOption), fSharpOption);
    fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[4]);
    string arg_C9_4 = TextRuntime.GetNonOptionalValue<string>("FirstName", TextRuntime.ConvertString(fSharpOption), fSharpOption);
    fSharpOption = TextConversions.AsString(arg2[5]);
    return new System.Tuple<long, long, System.DateTime, System.DateTime, string, string>(arg_C9_0, arg_C9_1, arg_C9_2, arg_C9_3, arg_C9_4, TextRuntime.GetNonOptionalValue<string>("LastName", TextRuntime.ConvertString(fSharpOption), fSharpOption));
  }
}

更具体的区别是:

// Fast
TextRuntime.ConvertDateTime("", fSharpOption), fSharpOption)
// Slow
TextRuntime.ConvertDateTime("sv-SE", fSharpOption), fSharpOption)

当我们指定一种文化时,它会传递给 ConvertDateTime,后者将其转发给 GetCulture

static member GetCulture(cultureStr) =
  if String.IsNullOrWhiteSpace cultureStr 
  then CultureInfo.InvariantCulture 
  else CultureInfo cultureStr

这意味着对于默认情况我们使用 CultureInfo.InvariantCulture 但对于每个字段和行的任何其他情况我们正在创建一个 CultureInfo 对象。缓存可以完成,但事实并非如此。创建过程本身似乎并没有花费太多时间,但是当我们每次解析一个新的 CultureInfo 对象时会发生一些事情。

FSharp.Data中解析DateTime本质上就是这样

let dateTimeStyles = DateTimeStyles.AllowWhiteSpaces ||| DateTimeStyles.RoundtripKind
match DateTime.TryParse(text, cultureInfo, dateTimeStyles) with

所以让我们做一个性能测试,我们使用一个缓存的 CultureInfo 对象和另一个我们每次创建一个的对象。

open System
open System.Diagnostics
open System.Globalization

let clock =
  let sw = Stopwatch ()
  sw.Start ()
  fun () ->
    sw.ElapsedMilliseconds

let time a =
  let before  = clock ()
  let v       = a ()
  let after   = clock ()
  after - before, v

let perfTest c cf () =
  let dateTimeStyles = DateTimeStyles.AllowWhiteSpaces ||| DateTimeStyles.RoundtripKind
  let text = DateTime.Now.ToString ("", cf ())
  for i = 1 to c do
    let culture = cf ()
    DateTime.TryParse(text, culture, dateTimeStyles) |> ignore

[<EntryPoint>]
let main argv = 
  Environment.CurrentDirectory <- AppDomain.CurrentDomain.BaseDirectory

  let ct    = "sv-SE"
  let cct   = CultureInfo ct
  let count = 10000

  printfn "Using cached CultureInfo object..."
  let ms, _ = time (perfTest count (fun () -> cct))
  printfn "  took %d ms" ms

  printfn "Using fresh CultureInfo object..."
  let ms, _ = time (perfTest count (fun () -> CultureInfo ct))
  printfn "  took %d ms" ms

  0

.NET 4.6.2 F#4.1 上的性能数据:

Using cached CultureInfo object...
  took 16 ms
Using fresh CultureInfo object...
  took 5328 ms

所以似乎在 FSharp.Data 中缓存 CultureInfo 对象应该会在指定区域性时显着提高 CsvProvider 性能。

问题是由于 CsvProvider 没有记忆显式设置 Culturethis 拉取请求解决了该问题。