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Ruby Academy · レッスン

パフォーマンスの測定

Benchmark モジュールです。

「パフォーマンスの測定」はCoddyKit上の無料Ruby Academyレッスンです。 これはレッスン1/4です。 下記で完全なレッスンを無料で読むことができます。その後、ブラウザ内の組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューターでハンズオン演習できます。 これはRuby Academy学習パスの一部であり、ウェブとCoddyKitアプリ全体で進捗が同期されます。 Ruby Academyコースには全4レッスンが含まれています。

なぜ計測するのか

計測せずに最適化するのは、当てずっぽうで作業することと同じです。Rubyの標準ライブラリにあるBenchmarkモジュールを使うと、コードの実行時間を正確に計測できます。

  • 変更する前に遅い部分を見つけます
  • 実装を客観的に比較します
  • 早すぎる最適化を避けます
require 'benchmark'

time = Benchmark.realtime do
  1_000_000.times { |i| i * 2 }
end
puts "Took #{time.round(4)}s"

Benchmark.measure

Benchmark.measureは、ユーザー時間、システム時間、実時間のレポートを返します。

  • ユーザー時間はコードが消費したCPU時間です
  • 実時間は壁時計で測った経過時間です
require 'benchmark'

result = Benchmark.measure do
  500_000.times { |i| i.to_s }
end
puts result

Benchmark.bm

Benchmark.bmは複数のブロックを実行し、表形式でラベルを付けます。

  • 整列用にラベル幅を指定します
  • 各x.reportが1行になります
require 'benchmark'

Benchmark.bm(10) do |x|
  x.report('to_s:') { 100_000.times { |i| i.to_s } }
  x.report('inspect:') { 100_000.times { |i| i.inspect } }
end

Benchmark.bmbm

Benchmark.bmbmは、キャッシュとGCを温めるために、まずリハーサルを実行します。これにより、より公平な値を得られます。

  • 最初の実行結果は破棄されます
  • 2回目の実行が実際の計測になります
require 'benchmark'

Benchmark.bmbm do |x|
  x.report('sum:') { (1..100_000).sum }
  x.report('reduce:') { (1..100_000).reduce(:+) }
end

簡易計測のrealtime

Benchmark.realtimeは、壁時計による経過秒数だけを浮動小数点数で返します。

  • 1つのブロックを計測する最も簡単な方法です
  • その場で行う簡単な確認に適しています
require 'benchmark'

elapsed = Benchmark.realtime do
  arr = Array.new(100_000) { rand }
  arr.sort
end
puts "Sorted in #{elapsed.round(4)}s"

単調クロック

システムクロックの変更に影響されない正確な計測には、単調クロックとともにProcess.clock_gettimeを使います。

  • NTPによる調整の影響を受けません
  • 組み込み機能の中で最も正確な選択肢です
start = Process.clock_gettime(Process::CLOCK_MONOTONIC)
200_000.times { |i| i * i }
finish = Process.clock_gettime(Process::CLOCK_MONOTONIC)
puts "Elapsed: #{(finish - start).round(4)}s"

2つのアプローチを比較する

ベンチマークは、複数の選択肢を比較するときに力を発揮します。両方を同じ負荷で実行してください。

  • 計測できるように入力サイズを十分大きくします
  • 繰り返し実行してノイズを減らします
require 'benchmark'

arr = (1..100_000).to_a
Benchmark.bm(8) do |x|
  x.report('map:') { arr.map { |n| n * 2 } }
  x.report('each:') { r = []; arr.each { |n| r << n * 2 } }
end

マイクロベンチマークに注意する

小さすぎるベンチマークは誤解を招くことがあります。

  • JITやキャッシュが実際のワークロードを反映しない場合があります
  • 計測の途中でGCが実行されることがあります
  • 現実的なデータサイズを計測します
require 'benchmark'

# Too small to be meaningful
t = Benchmark.realtime { 10.times { |i| i + 1 } }
puts "Misleadingly tiny: #{t}s"

1秒あたりの反復回数

多くの場合、知りたいのはスループット、つまり1秒あたりに何回処理できるかです。benchmark-ips gemでこれを計測できますが、手動でおおよその値を求めることもできます。

  • 一定の時間内で反復回数を数えます
  • ipsが高いほど高速です
deadline = Process.clock_gettime(Process::CLOCK_MONOTONIC) + 0.2
count = 0
while Process.clock_gettime(Process::CLOCK_MONOTONIC) < deadline
  count += 1
  'hello'.upcase
end
puts "Iterations in 0.2s: #{count}"

GCを制御する

ガベージコレクターによって結果が偏ることがあります。GCを一時的に無効にすると、より安定した値を得られます。

  • 前にGC.disableを、後にGC.enableを実行します
  • メモリが増え続けないよう、慎重に使います
require 'benchmark'

GC.disable
t = Benchmark.realtime { 100_000.times { |i| i.to_s } }
GC.enable
puts "Without GC: #{t.round(4)}s"

複数回の実行を平均する

ベンチマークを何度か実行して平均を取ると、ばらつきをならせます。

  • 必要に応じて最も遅い外れ値を除外します
  • 安定性のために中央値を報告します
require 'benchmark'

times = 3.times.map do
  Benchmark.realtime { (1..50_000).map { |n| n * n } }
end
avg = times.sum / times.size
puts "Average: #{avg.round(4)}s"

理解度チェック

ベンチマークについての知識を確認しましょう。

まとめ

パフォーマンスの計測方法を学びました。

  • Benchmarkモジュールでコードの実行時間を正確に計測できます
  • realtime、measure、bm、bmbmはそれぞれ異なる用途に適しています
  • 正確な計測には単調クロックを使います
  • 誤解を招くマイクロベンチマークを避け、GCの影響を考慮します
  • 複数回の実行を平均してノイズを減らします

次は専用のプロファイリングツールを使います。

よくある質問

「パフォーマンスの測定」レッスンは無料ですか？

はい。「パフォーマンスの測定」の完全なテキストはこのウェブで無料で読めます。インタラクティブに演習し（組み込みコードエディタと24時間対応のAIチューター）、Ruby Academyコースの残りをアンロックするには、CoddyKit PROにアップグレードしてください。 Ruby Academyコースには全4レッスンが含まれています。

「パフォーマンスの測定」で何を学びますか？

Benchmark モジュールです。 ブラウザで直接実行するハンズオンコードでRuby Academyを演習し、24時間対応のAIチューターがレッスンを進める中での質問に答えます。

Ruby Academyを始めるのに経験は必要ですか？

事前経験は必要ありません。CoddyKitのRuby Academyは初級者から上級者向けに構成されているため、ここから始めるか最初から始めて、自分のペースで進むことができます。 これはレッスン1/4です。

「パフォーマンスの測定」レッスンにはどのくらい時間がかかりますか？

ほとんどのCoddyKitレッスンは約5～10分かかります。各レッスンはコンパクトでインタラクティブなので、着実に進歩し、ウェブとアプリ全体で正確に前回の場所から再開できます。

このRuby Academyレッスンでコードを書いて実行できますか？

はい。すべてのRuby Academyレッスンに組み込みコードエディタが含まれているため、ブラウザでリアルコードを書いて実行し、即座のAIフィードバックを取得できます。ローカル設定は不要です。

このコースのすべてのレッスン

  1. パフォーマンスの測定
  2. プロファイリングツール
  3. メモリ最適化
  4. よくあるボトルネック
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