代码优化之类型性能

2011 年 12 月
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撇开那些文章不说，C#/.NET慢似乎是业界公认的铁则，不论大家如何证明C# / .NET其实不比C++慢多少，但是应用程序级别的性能却依然这么慢。

那么C#/.NET慢在哪里?

很不幸的是大部分c#程序是被大部分程序员拖慢的，也许这个结论不太容易被人接受，却是一个广泛存在的。

　　String的操作

几乎所有的程序都有String操作，至少90%的程序需要忽略大小写的比较，检查一下代码，至少其中大半的应用程序有类似这样的代码：

if (str1.ToUpper() == str2.ToUpper())

或者ToLower版的，甚至我还看到过有个Web的HttpModule里面写上了：

for (int i = 0; i < strs.Count; i++)
if (value.ToUpper() == strs[i].ToUpper())
//...

想一下，每个页面请求过来，都要执行这样一段代码，大片大片的创建string实例，更夸张的是还有人说这是用空间换时间。

　　性能测试

说这个方法慢，也许还有人不承认，认为这个就是最好的方法，所以这里要用具体测试来摆个事实。

首先准备一个测试性能的方法：

PRivate static TResult MeasurePerformance<TArg, TResult>(Func<TArg, TResult> func, TArg arg, int loop)
{
GC.Collect();
int gc0 = GC.CollectionCount(0);
int gc1 = GC.CollectionCount(1);
int gc2 = GC.CollectionCount(2);
TResult result = default(TResult);
Stopwatch sw = Stopwatch.StartNew();
for (int i = 0; i < loop; i++)
{
result = func(arg);
}
Console.WriteLine(sw.ElapsedMilliseconds.ToString() + "ms");
Console.WriteLine("GC 0:" + (GC.CollectionCount(0) - gc0).ToString());
Console.WriteLine("GC 1:" + (GC.CollectionCount(1) - gc1).ToString());
Console.WriteLine("GC 2:" + (GC.CollectionCount(2) - gc2).ToString());
return result;
}

然后来准备一个堆string：

private static List<string> CreateStrings()
{
List<string> strs = new List<string>(10000);
char[] chs = new char[3];
for (int i = 0; i < 10000; i++)
{
int j = i;
for (int k = 0; k < chs.Length; k++)
{
chs[k] = (char)('a' + j % 26);
j = j / 26;
}
strs.Add(new string(chs));
}
return strs;
}

然后来看看ToUpper的实现：

private static bool ImplementByToUpper(List<string> strs, string value)
{
for (int i = 0; i < strs.Count; i++)
if (value.ToUpper() == strs[i].ToUpper())
return true;
return false;
}

最后准备好main方法：

List<string> strs = CreateStrings();
bool result;
Console.WriteLine("Use ImplementByToUpper");
result = MeasurePerformance(s => ImplementByToUpper(strs, s), "yZh", 1000);
Console.WriteLine("result is " + result.ToString());
Console.ReadLine();

来看看执行结果：

Use ImplementByToUpper
2192ms
GC 0:247
GC 1:0
GC 2:0
result is True

来个对比测试，用string.Equals来测试一下：

private static bool ImplementByStringEquals(List<string> strs, string value)
{
for (int i = 0; i < strs.Count; i++)
if (string.Equals(value, strs[i], StringComparison.CurrentCultureIgnoreCase))
return true;
return false;
}

来看看执行结果：

Use ImplementByStringEquals
1117ms
GC 0:0
GC 1:0
GC 2:0
result is True

对比一下，使用ToUpper的速度要慢一倍，并且有大量的0代垃圾对象。那些号称是用空间换时间的人可以反思一下了，用空间换来了什么?负时间吗?

　　字典类的使用

继续说string的场景，有些人也许会想到用Hash表等类似结构来加速，不错，这是个好主意，只不过，Hash表不一定总是最佳方案，什么不相信?还是做个测试吧：

private static bool ImplementByHashSet(List<string> strs, string value)
{
HashSet<string> set = new HashSet<string>(strs, StringComparer.CurrentCultureIgnoreCase);
return set.Contains(value);
}

看看执行结果：

Use ImplementByHashSet
5114ms
GC 0:38
GC 1:38
GC 2:38
result is True

惊讶吧，速度比用ToUpper还慢了1倍多，而且2代垃圾也38次的回收(执行2代垃圾回收时，会强制执行1代和0代垃圾回收)。

不过使用Hash表等类似来加速这个想法本身是一个很正确的想法，不过前提是Hash表本身能够缓存，例如：

private static Func<string, bool> ImplementByHashSet2(List<string> strs)
{
HashSet<string> set = new HashSet<string>(strs, StringComparer.CurrentCultureIgnoreCase);
return set.Contains;
}

然后把main的方法修改为：

Console.WriteLine("Use ImplementByHashSet2");
result = MeasurePerformance(s =>
{
var f = ImplementByHashSet2(strs);
bool ret = false;
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
ret = f(s);
}
return ret;
}, "yZh", 1);
Console.WriteLine("result is " + result.ToString());
Console.ReadLine();

再看看结果：

Use ImplementByHashSet2
6ms
GC 0:0
GC 1:0
GC 2:0
result is True

性能出现了飞跃性的增长。

　　更多

是什么拖慢了C#/.NET？简单的说：不必要的创建对象，不必要的同步，循环执行低效的方法(例如被firelong重点批斗的反射，不过ms并没让你在循环里面使用Invoke)，使用低效的数据结构和算法(看看缓存情况下Hash表类似结构的惊人表现，就知道区别了)。

C#/.NET的低门槛确实在一定程度上有利于把更多的程序员拉入C#/.NET，但是也确实把整个C#/.NET程序的代码水平降低了不少，这一点确实很令人担忧。

最后别忘了一点，一个系统能有多少性能，不是由这个系统中性能最好的部分决定的，而是由这个系统中性能最差的部分所决定的。配一台有16g内存，100t硬盘，加上顶级的显卡，缺配上386的cpu，这台电脑的性能就是386的性能。同样，C#/.NET再好，写程序的人水平差，写出来的程序的性能自然也就差了。

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