[Javascript] 지연 평가(Lazy evaluation) 를 이용한 성능 개선
이전 글에서 Iterable/Iterator와 Generator 에 대해 알아보았다(이 글은 이전 글을 읽었다는 가정 하에 작성되었다.). Generator를 설명하는 글 말미에서 말했듯, 이번 글에서는 지연 평가란 무엇이고 어떻게 성능 개선에 활용할 수 있는지 알아보도록 한다.
지연 평가란?
컴퓨터 프로그래밍에서 느긋한 계산법(Lazy evaluation)은 계산의 결과 값이 필요할 때까지 계산을 늦추는 기법이다. - Wikipedia / 지연 평가
위키피디아에서 지연 평가를 설명하는 문장이다. 지연 평가는 필요 할 때까지 계산을 늦추면서 불필요한 계산을 줄일 수 있다. 이러한 지연 평가는 3가지 이점을 가지고 있다.
- 불필요한 계산을 하지 않으므로 빠른 계산이 가능하다.
- 무한 자료 구조를 사용 할 수 있다.
- 복잡한 수식에서 오류 상태를 피할 수 있다.
이번 글에서는 1번 항목을 중심으로 설명하고자 한다.
지연 평가 동작 방식
엄격한 평가(strict evaluation)의 동작 방식과 비교를 통해 지연 평가의 동작 방식을 알아보자. 엄격한 평가는 지연 평가의 반대말로, 수행되는 즉시 계산의 결과를 도출하는 동작 방식을 뜻한다.
0~5로 이루어진 배열에서 10을 더한 뒤, 홀수 2개만 추출하는 로직을 예제로 살펴보자.
엄격한 평가
예제 코드
const arr = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
const result = arr.map(num => num + 10).filter(num => num % 2).slice(0, 2)
console.log(result) // [11, 13]
동작 방식
엄격한 평가는 평가 흐름이 왼쪽에서 오른쪽으로 흐른다. 아래의 도표를 보면 map, filter, slice 각각의 계산이 모두 종료되어야 다음 단계를 수행하는 것을 알 수 있다. 최종 결과물([11, 13])을 보면 4와 5에 대한 계산은 불필요함을 알 수 있다.
총 계산 횟수는 14번(map 6번, filter 6번, slice 2번)이 된다.
즉시 평가. 평가 흐름이 왼쪽에서 오른쪽(→)으로 흐른다.
지연 평가
예제 코드
다음은 지연 평가를 활용해 예제를 수행한 코드이다. 사용된 함수들은 잠시 뒤에 어떻게 구현되었는지 살펴보고, 지금은 작성된 코드만 살펴보자. result부분의 코드는 오른쪽 아래에서부터 왼쪽 위로 읽으면 된다.
const arr = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
const result = _.take(2,
L.filter(num => num % 2,
L.map(num => num + 10, arr)))
console.log(result) // [11, 13]
동작 방식
지연 평가는 평가 흐름이 위에서 아래로 흐른다. 아래의 도표를 보면 배열의 각 원소들이 map, filter, take 함수를 차례대로 수행한다는 것을 알 수 있다. 3까지 평가가 완료되었을 때 이미 원하는 결과가 나왔기 때문에, 4와 5에 대한 계산은 하지 않는다.
따라서 총 계산 횟수는 10번(map 4번, filter 4번, take 2번)이 된다.
지연 평가. 평가 흐름이 위에서 아래로(↓) 흐른다.
이처럼 지연 평가는 연산 횟수 자체를 줄여 보다 좋은 성능을 준다. 평소 ‘어떻게 하면 연산을 보다 빠르게 할 수 있을까’에 대한 생각은 했지만, 이런 식의 접근은 생각해보지 못해서 굉장히 새롭고 신세계를 접하는 기분이었다 :)
지연 평가는 대상이 크면 클수록 그 효과를 발휘한다. 다음은 위의 예제 코드에서 배열의 원소 개수를 1,000,000개로 수정한 뒤 적용한 성능 비교 결과이다. 그래프에서 보듯 지연 평가가 압도적인 성능을 자랑한다.
lazy evaluation vs strict evaluation
지연 평가 활용 함수 만들기
위의 예제에서 사용한 지연 평가용 함수를 직접 작성해보자. L 객체 안에 각각의 함수들을 정의했다. 각각의 함수들이 Generator를 이용한 것을 볼 수 있다. Generator 함수를 호출하면 Generator 객체를 반환한다. 이 Generator 객체는 바로 내부 동작을 수행하지 않고 next 메서드를 호출할 때 비로소 연산을 수행한다. 이러한 특징이 지연 평가를 가능케 한다.
// 지연 평가 함수 모음
const L = {}
L.map = function* (f, iter) {
for (let item of iter) {
yield f(item)
}
}
L.filter = function* (f, iter) {
for (let item of iter) {
if(f(item)) yield item
}
}
L.take = function* (limit, iter) {
for (let item of iter) {
yield item
if (!--limit) break
}
}
// 엄격한 평가 함수 모음
const _ = {}
_.take = function(limit, iter) {
const result = []
for (let item of iter) {
result.push(item)
if (result.length === limit) return result
}
}
Lodash를 이용한 지연평가
Loadash에서는 _.chain , _.value 함수를 이용해 지연 평가를 지원한다. chain 함수의 인자로 사용할 데이터를 넘기면 해당 데이터를 lodash 객체로 감싼다. 이후 제공되는 지연 평가 함수들을 이용해 원하는 결과로 가공한다. 최종적으로 value 함수를 통해 wrapping되어 있는 결과를 실제 값으로 치환한다.
위의 예제를 lodash를 이용해 풀어보면 다음과 같다.
const arr = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
const result = _.chain(arr)
.map(num => num + 10)
.filter(num => num % 2)
.take(2)
.value()
console.log(result) // [11, 13]
lodash는 위에서 직접 작성했던 것보다 훨씬 다양한 종류의 함수를 제공하고 있기 때문에 문서를 보면서 각자의 역할에 맞게 사용 할 수 있다.
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