背景介绍
之前一篇博客中，我们讲解.NET Core中的CSV解析库，在文章的最后，作者使用了性能基准测试工具BenchmarkDotNet测试了2个不同CSV解析库的性能，本篇我们来详细介绍一下BenchmarkDotNet。
原文链接：https://dotnetcoretutorials.com/2017/12/04/benchmarking-net-core-code-benchmarkdotnet/
为什么需要性能基准测试?
性能基准测试可以帮助程序员对比2个代码段或者方法的性能，这对于代码重写或者重构来说，可以提供一种很好的量化标准。如果没有性能基准测试，很难想象将方法A改为B方法时候，仅凭肉眼如何区分性能的变化。
BenchmarkDotNet
BenchmarkDotNet是一款强力的.NET性能基准测试库, 官网https://benchmarkdotnet.org/。
运行时支持
- NET Framework (4.6+),
- .NET Core (2.0+)
- Mono
- CoreRT。
BenchmarkDotnet为每个被测试的方法提供了孤立的环境, 使用BenchmarkDotnet, 程序员可以很容易的编写各种性能测试方法，并可以避免许多常见的坑。
代码基准测试(Code Benchmarking)
现在我们希望来对比一下Linq to object中First和Single方法的性能
虽然我们知道First的性能肯定比Single高, First方法会在查询到第一个满足条件的对象之后就停止集合遍历，而Single找到第一个满足条件的对象之后，不会停止查找，它会去继续查找集合中的剩余对象，直到遍历整个集合或者在集合中找到第二个匹配条件的对象。 这里我们只是为了演示一下如何进行代码基准测试。
为了使用BenchmarkDotNet来进行代码基准测试，我们首先创建一个空的.Net Core控制台程序。
然后我们使用Package Manage Console添加BenchmarkDotNet库
PM> Install-Package BenchmarkDotNet
然后我们修改Program.cs文件, 代码如下
public class Program
{
public class SingleVsFirst
{
private readonly List<string> _haystack = new List<string>();
private readonly int _haystackSize = 1000000;
private readonly string _needle = "needle";
public SingleVsFirst()
{
//Add a large amount of items to our list.
Enumerable.Range(1, _haystackSize).ToList().ForEach(x => _haystack.Add(x.ToString()));
//Insert the needle right in the middle.
_haystack.Insert(_haystackSize / 2, _needle);
}
[Benchmark]
public string Single() => _haystack.SingleOrDefault(x => x == _needle);
[Benchmark]
public string First() => _haystack.FirstOrDefault(x => x == _needle);
}
public static void Main(string[] args)
{
var summary = BenchmarkRunner.Run<SingleVsFirst>();
Console.ReadLine();
}
}
代码解释说明
- 以上代码中<code>SingleVsFirst</code>类是一个测试类。
- 测试类中我们生成了一个拥有100万对象的字符串集合。
- 我们在集合的中间位置插入了一个测试字符串，字符串的内容是"needle"。
- 代码中的<code>Single</code>和<code>First</code>方法，分别调用了Linq to object的<code>SingleOrDefault</code>和<code>FirstOrDefault</code>方法来查询字符串集合中的"needle"字符串。
- 在<code>Single</code>和<code>First</code>方法上，我们加入<code>[Benchmark]</code>特性, 拥有该特性的方法会出现在最后的基准检测报告中。
注意：
- 测试的方法必须是公开的(public), 如果把public去掉，程序不会产生任何结果
- 在运行程序之前，还有一步关键的操作，测试的程序需要使用Release模式编译，并且不能附加任何调试器(Debugger)
最终结果
现在我们运行程序，程序产生的最终报告如下
Method | Mean | Error | StdDev | Median |
------- |---------:|----------:|---------:|---------:|
Single | 28.12 ms | 0.9347 ms | 2.697 ms | 28.93 ms |
First | 13.30 ms | 0.8394 ms | 2.475 ms | 14.48 ms |
结果中的第一列Mean表明了2个方法处理的平均响应时间，<code>First</code>比<code>Single</code>快了一倍(这和我们测试字符串放置的位置有关系)。
带测试参数的基准测试(Input Benchmarking)
BenchmarkDotNet中我们还可以使用<code>[ParamsSource]</code>参数来指定测试的用例范围。
在上面的代码中，我们测试了匹配字符串在集合中间位置时，<code>First</code>和<code>Single</code>的效率对比，下面我们修改上面的代码，我们希望分别测试匹配字符串在集合头部，尾部以及中间位置时<code>First</code>和<code>Single</code>的效率对比。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Running;
namespace BenchmarkExample
{
public class SingleVsFirst
{
private readonly List<string> _haystack = new List<string>();
private readonly int _haystackSize = 1000000;
public List<string> _needles => new List<string> { "StartNeedle", "MiddleNeedle", "EndNeedle" };
public SingleVsFirst()
{
//Add a large amount of items to our list.
Enumerable.Range(1, _haystackSize).ToList().ForEach(x => _haystack.Add(x.ToString()));
//One at the start.
_haystack.Insert(0, _needles[0]);
//One right in the middle.
_haystack.Insert(_haystackSize / 2, _needles[1]);
//One at the end.
_haystack.Insert(_haystack.Count - 1, _needles[2]);
}
[ParamsSource(nameof(_needles))]
public string Needle { get; set; }
[Benchmark]
public string Single() => _haystack.SingleOrDefault(x => x == Needle);
[Benchmark]
public string First() => _haystack.FirstOrDefault(x => x == Needle);
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
var summary = BenchmarkRunner.Run<SingleVsFirst>();
Console.ReadLine();
}
}
}
代码解释说明
- 我们创建了测试的用例字符串集合<code>_needles</code>
- 在构造函数中，我们在字符串集合的头部，中部，尾部分别插入了3个字符串
- 我们添加了一个属性<code>Needle</code>, 表示当前测试的用例，在被测试<code>Single</code>和<code>First</code>方法中，我们使用属性<code>Needle</code>来匹配
- 在属性Needle上我们加上了参数来源特性<code>[ParamsSource]</code>, 并设置参数来源是<code>_needles</code>
最终效果
现在我们运行程序，程序产生的最终报告如下
Method | Needle | Mean | Error | StdDev | Median |
------- |------------- |-----------------:|---------------:|-----------------:|-----------------:|
Single | EndNeedle | 23,266,757.53 ns | 432,206.593 ns | 591,609.263 ns | 23,236,343.07 ns |
First | EndNeedle | 24,984,621.12 ns | 494,223.345 ns | 783,890.599 ns | 24,936,945.21 ns |
Single | MiddleNeedle | 21,379,814.14 ns | 806,253.579 ns | 2,377,256.870 ns | 22,436,101.14 ns |
First | MiddleNeedle | 11,984,519.09 ns | 315,184.021 ns | 924,380.173 ns | 12,233,700.94 ns |
Single | StartNeedle | 23,650,243.23 ns | 599,968.173 ns | 714,219.431 ns | 23,555,402.19 ns |
First | StartNeedle | 89.17 ns | 1.864 ns | 2.732 ns | 89.07 ns
从结果上看
- 当匹配字符串在集合头部的时候，<code>First</code>性能比<code>Single</code>高的多
- 当匹配字符串在集合中部的时候，<code>First</code>性能是比<code>Single</code>的一倍
- 当匹配字符串在集合尾部的时候，<code>First</code>和比<code>Single</code>的性能差不多
加入内存测试
在.NET Core中的CSV解析库中，我们使用了以下代码
[MemoryDiagnoser]
public class CsvBenchmarking
{
[Benchmark(Baseline =true)]
public IEnumerable<Automobile> CSVHelper()
{
TextReader reader = new StreamReader("import.txt");
var csvReader = new CsvReader(reader);
var records = csvReader.GetRecords<Automobile>();
return records.ToList();
}
[Benchmark]
public IEnumerable<Automobile> TinyCsvParser()
{
CsvParserOptions csvParserOptions = new CsvParserOptions(true, ',');
var csvParser = new CsvParser<Automobile>(csvParserOptions, new CsvAutomobileMapping());
var records = csvParser.ReadFromFile("import.txt", Encoding.UTF8);
return records.Select(x => x.Result).ToList();
}
}
其中除了[Benchmark]特性，我们还在测试类<code>CsvBenchmarking</code>上添加了<code>[MemoryDiagnoser]</code>特性，该特性会在测试报告中追加，2个方法执行时的内存使用情况。
Method | Mean | Scaled | Allocated |
-------------- |-----------:|-------:|----------:|
CSVHelper | 1,404.5 ms | 1.00 | 244.39 MB |
TinyCsvParser | 381.6 ms | 0.27 | 32.53 MB |
其中Allocated表明了内存占用情况。
总结
BenchmarkDotNet绝对是.NET开发人员了解代码性能，以及对比代码性能的必备神器。你的项目里用了BenchmarkDotnet了么？
