Замеряем производительность Qt

Решила продолжить цикл статей об ОС «Аврора» (до недавнего времени называвшейся Sailfish). За время, что я работаю с этой ОС, у меня накопились разные наблюдения, которые касаются производительности приложений на Qt и системы в целом, ибо девайсами разнообразными обвешана, аки ёлка новогодняя, все мелочи при запуске подмечаю. Думаю, что это может быть интересно и полезно коллегам, кто тоже работает с Qt (или в скором времени будет работать). Предлагайте, что можно протестировать ещё.



Я программирую на Qt и часто обсуждаю с коллегами, iOS-разработчиками, сходства, различия и преимущества подходов. В какой-то момент мы всё-таки решили перейти от слов к делу и провести замеры. Android-программиста, готового участвовать в наших развлечениях, мы так и не нашли, так что сравнение с участием цифр и таблиц будет только для Swift и C++.

Хочу напомнить, что Qt/C++ не навязывает свой механизм управления памятью, и пользователь сам решает этот вопрос в рамках доступных в C++ возможностей, в то время как в Swift используется подсчёт ссылок, а в Java — сборщик мусора. Таким образом у программиста появляется возможность взаимодействовать с памятью эффективнее. Для того, чтобы отправить http-запрос или считать данные из базы данных, Qt полагается на собственные силы, а не использует готовые фреймворки, которые предоставляет ОС. Исключения — взаимодействие с клавиатурой, отрисовка стартового окна приложения, вывод уведомлений и другие вещи.

Тест 1.

Первым делом мы решили написать простенький алгоритм (решето Эратосфена), позапускать его на больших числах и сравнить время вычислений. Запускали на iPhone 7.

Программа на Swift:

swift
//
//  ViewController.swift
//  Eratosthenes
//
//  Created by Dmitry Shadrin on 22/11/2018.
//  Copyright  2018 Digital Design. All rights reserved.
//

import UIKit

class ViewController: UIViewController {

  @IBOutlet weak var digitTextField: UITextField!
  @IBOutlet weak var timeLabel: UILabel!

  @IBAction func startAction(_ sender: UIButton) {
    guard let text = digitTextField.text,
         let number = Int(text)
         else { return }
        prime(n: number)
    }

    func prime(n: Int) {
        let startTime = DispatchTime.now()
        let _ = PrimeSequence(upTo: n)
            .reduce(into: [], { $0.append($1) }) // Тот самый массив с числами
            
        let endTime = DispatchTime.now()
        let time = (endTime.uptimeNanoseconds - startTime.uptimeNanoseconds)
        timeLabel.text = "\(time)"
    }
}

public struct PrimeSequence: Sequence {
    private let iterator: AnyIterator<Int>
    
    public init(upTo limit: Int) {
        self.iterator = AnyIterator(EratosthenesIterator(upTo: limit))
    }

    public func makeIterator() -> AnyIterator<Int> {
        return iterator
    }
}

private struct EratosthenesIterator: IteratorProtocol {
    let n: Int
    var composite: [Bool]
    var current = 2
    
    init(upTo n: Int) {
        self.n = n
        self.composite = [Bool](repeating: false, count: n + 1)
    }

    mutating func next() -> Int? {
        while current <= self.n {
            if !composite[current] {
                let prime = current
                for multiple in stride(from: current * current,
                                       through: self.n, by: current) {
                    composite[multiple] = true
                }
                current += 1
                return prime
            }
            current += 1
        }
        return nil
    }
}

Подробно останавливаться на коде не буду, линейный Эратосфен не очевиден для понимания, тем более если один из языков вам не знаком. Вот ссылка с описанием: https://e-maxx.ru/algo/prime_sieve_linear, кому интересно, может проверить на честность. Кстати, версия swift оказалась чуть более оптимизирована в мелочах (можете их поискать), что не помешало плюсовой версии всё-таки выиграть в производительности.

Программа на Qt:

#include "eratosthenes.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <QVector>
#include <QDebug>
#include <vector>
#include <cmath>
 
Eratosthenes::Eratosthenes(QObject *parent)
{
	time = 0;
}          
 
void Eratosthenes::qtFunction(int n)
{
	clock_t start, end;
	start = clock();
 
	std::vector<int> lp = std::vector<int>(n + 1, 0);
	std::vector<int> pr;
	// зарезервируем памяти под элементы с запасом
	pr.reserve(std::sqrt(n) / 2);
 
	for (int i = 2; i <= n; ++i) {
    	        if (lp[i] == 0) {
        	        lp[i] = i;
        	        pr.emplace_back(i);
    	        }
 
    	        for (int j = 0; j < pr.size() && pr[j] <= lp[i] && i * pr[j] <= n; ++j) {
        	        lp[i * pr[j]] = pr[j];
    	        }
	}
 
	end = clock();
	time = (end - start) / (double)CLOCKS_PER_SEC;
	pTimeChanged();
 
	qDebug() << "Количество простых чисел" << pr.size() << "Время" << time;
}

Запускаем программу. Приложения имеют поле для ввода числа n, кнопку старт и поле с итоговым временем:


Swift — слева, Qt — справа.

Результат. Приведу таблицу замеров для разных n и в разные моменты времени:

Как видите, приложение на С++ в ~1.5 раза быстрее нативного при идентичных алгоритмах.

Тест 2.

Естественно, вычисления в контексте мобильных приложений — штука важная, но далеко не единственная. Поэтому мы нарисовали ListView, состоящий из 1000 элементов, каждый из которых содержит текст и картинку, чтобы посмотреть ещё и на скорость отрисовки графических элементов. Ниже, в видеороликах, можно увидеть результат:

Qt:

Swift:

Визуально разница не заметна.

Тест 3.

В ОС Sailfish мы имеем ядро Linux и графическую нативную оболочку на Qt, а это уже само по себе наталкивает на мысли о неплохой производительности этой ОС. Я часто замечаю, что Inoi R7 выигрывает по скорости выполнения некоторых задач, хотя рядом лежит и тем же самым занимается Samsung Galaxy S8. Так, например, Samsung Galaxy S8 отправляет, принимает, обрабатывает, упаковывает в БД и т.д. 10К http-запросов примерно за 3-4 минуты, а Inoi R7 всё то же самое делает минут 5-6. Учитывая разницу в производительности железа, результат впечатляющий.

Для более честной проверки производительности ОС я решила посмотреть на скорость отклика тача.

Test.cpp:

#include "mypainter.h"
#include <QPainter>
 
MyPainter::MyPainter(QQuickItem *parent) : QQuickPaintedItem(parent)
{
}
 
void MyPainter::paint(QPainter *painter)
{
	QPen pen;
	pen.setWidth(10);
	pen.setColor(Qt::red);
	painter->setPen(pen);
	painter->drawPolyline(pol);
}
 
void MyPainter::xyCanged(int x, int y)
{
	pol.append(QPoint(x, y));
	update();
}

Test.qml:

import QtQuick 2.9
import QtQuick.Window 2.2
import Painter 1.0
 
Window {
	visible: true
 
	Painter
	{
    	id: painter
    	anchors.fill: parent
    	MouseArea
    	{
        	anchors.fill: parent
 
        	onPressed:
        	{
            	painter.xyCanged(mouseX, mouseY)
        	}
 
        	onMouseXChanged:
        	{
            	painter.xyCanged(mouseX, mouseY)
        	}
 
        	onMouseYChanged:
        	{
            	painter.xyCanged(mouseX, mouseY)
     	   }
    	}
	}
}

Просто и незатейливо. Телефона, поддерживающего Sailfish и Android, в личном пользовании меня нет, потому пришлось искать у коллег телефон максимально близкий по характеристикам к Inoi r7, но на Android. Что внезапно оказалось очень сложно, учитывая, что сижу я в офисе мобильной разработки.

Sony Xperia Z5 compact:
Процессор — Qualcomm Snapdragon 810 MSM8994, 2000 MHz
Количество ядер процессора — 8
Видеопроцессор — Adreno 430
Объем встроенной памяти — 32 Гб
Объем оперативной памяти — 2 Гб

Inoi R7:
Процессор — Qualcomm Snapdragon 212 MSM8909AA, 1200 МГц
Количество ядер процессора — 4
Видеопроцессор — Adreno 304
Объем встроенной памяти — 16 Гб
Объем оперативной памяти — 2 Гб

Sony всё-таки оказалась мощнее, но для уравнения шансов включим на ней режим энергосбережения, всё равно это не приведёт к полному равенству мощности девайсов. На видео можно заметить, что на Android линия получается не настолько плавная, как на Sailfish.

Слева — Sony, справа — Inoi:

Не спорю, это все не очень серьёзный показатель, нужно сравнивать не только возможности чистого языка, но и разные библиотеки, нативные и кроссплатформенные, сравнивать их производительность и удобство в использовании, потому что очень мало приложений, которые используют только ListView и решето Эратосфена. Хотя все эти мелочи вместе для меня выглядят весьма убедительно.

Минусы

Конечно, всё не так радужно с Qt, как я пытаюсь тут расписать, минусы есть. Например, работой с TextInput на Android можно пытать особо чувствительных к костылям перфекционистов, потому что на каждом девайсе Qt умудряется ставить абсолютно уникальные палки в колёса при взаимодействии с клавиатурой. На одном телефоне картинка уезжает вверх, на другом — стоит на месте, но не работает EnterKey, на третьем всегда вводятся только заглавные буквы, и никак его не переубедить переключить на строчные. Продолжать можно до бесконечности. И всё это ещё и тормозит! (Ворчания актуальны только для Android, на Sailfish таких проблем не возникает, всё отлично работает). Кроме того, на Qt сложно добиться нативности внешнего вида приложения.

Вывод

Главный вывод, который можно сделать: Qt, будучи кроссплатформенным инструментом, не уступает в производительности нативным средствам разработки. Он отлично подойдёт для программ, в которых помимо GUI есть ещё много математики, и в особенности для корпоративных приложений, где много нюансов и мало сотрудников, чтобы для каждой ОС не создавать самостоятельную версию. Корпоративным пользователям больше важны функции, чем нативность UI. Для «Авроры» Qt — нативное средство для разработки приложений, что, вероятно, даёт ещё какой-то прирост к производительности.

Было бы интересно испытать «Аврору» на мощном железе, вроде моего Galaxy S8.