.NET 中的性能分析

Posted 2023-02-25

【中文标题】.NET 中的性能分析

【英文标题】：Performance profiling in .NET

【发布时间】：2012-09-19 16:34:31

【问题描述】：

我写了一个类，它使用Stopwatch 来分析方法和for/foreach 循环。使用for 和foreach 循环，它会针对Parallel.For 或Parallel.ForEach 实现测试标准循环。

你会像这样编写性能测试：

方法：

PerformanceResult result = Profiler.Execute(() =>  FooBar(); );

For循环：

SerialParallelPerformanceResult result = Profiler.For(0, 100, x =>  FooBar(x); );

ForEach 循环：

SerialParallelPerformanceResult result = Profiler.ForEach(list, item =>  FooBar(item); );

每当我运行测试（.Execute、.For 或 .ForEach 之一）时，我都会将它们放在一个循环中，以便查看性能如何随时间变化。

性能示例可能是：

方法执行 1 = 200ms 方法执行 2 = 12ms 方法执行 3 = 0ms

对于执行 1 = 300ms（串行），100ms（并行） 执行 2 = 20ms（串行），75ms（并行） 对于执行 3 = 2ms（串行），50ms（并行）

ForEach 执行 1 = 350ms（串行），300ms（并行） ForEach 执行 2 = 24ms（串行），89ms（并行） ForEach 执行 3 = 1ms（串行），21ms（并行）

我的问题是：

为什么性能会随着时间而变化，.NET 在后台做了什么来促进这一点？

串行操作如何/为什么比并行操作更快？我已确保将操作复杂化以正确查看差异...在大多数情况下，串行操作似乎更快！？

注意：对于并行处理，我在 8 核机器上进行测试。

【问题讨论】：

如果你投反对票，你能解释一下原因吗！

错误的计时方法，并使用了对现实世界没有好处的微基准。像这样的东西。制定一个可以证明任何事情的基准是一种小技巧。

忽略第一次运行，代码正在 JITted。我怀疑第二次运行的缓慢与此有关，但我不知道。

除了 Loren 所说的之外，执行工作的时间可能非常短，以至于您所测量的只是围绕该工作的开销。另外，请注意，秒表测量的是时钟时间，而不是 CPU 时间，因此它会受到计时测试期间运行的其他事物的影响。

@hatchet，我使用秒表的原因与我之前提出的问题有关，并得到了这个答案：***.com/a/12618494/1033686。但是如果你说我需要测量 CPU 时间，那么 .NET 有什么可以促进这个吗？

【参考方案1】：

在对性能分析进行了更多探索之后，我发现使用秒表并不是衡量特定任务性能的准确方法

（感谢斧头和 Loren 提供的 cmets！）

秒表不准确的原因：

测量以经过的时间（以毫秒为单位）计算，而不是 CPU 时间。 测量可能会受到背景“噪音”和线程密集型进程的影响。 测量不考虑 JIT 编译和开销。

话虽如此，使用秒表可以随意探索性能。考虑到这一点，我在一定程度上改进了我的分析算法。

在它简单地执行传递给它的表达式之前，它现在可以对表达式进行多次迭代，从而建立平均执行时间。第一次运行可以省略，因为这是 JIT 启动的地方，并且可能会出现一些主要开销。可以理解，这永远不会像使用像 Redgate's ANTS profiler 这样的专业分析工具那样复杂，但对于更简单的任务来说没问题！

【讨论】：

ANTS 无疑是一款非常专业的软件。不幸的是，就像基本上所有的分析器一样，问题很容易被它隐藏，所以你无法找到它们。它的主要概括方法似乎是与“热路径”相同的“热堆栈”。 This post 展示了隐藏问题是多么容易。

【参考方案2】：

根据我上面的评论：我自己做了一些简单的测试，随着时间的推移没有发现任何差异。你能分享你的代码吗？我会把我的答案写在这里，因为它不适合这里。

这是我的示例代码。 （我也尝试了静态和实例方法，没有区别）

class Program

    static void Main(string[] args)
    
        int to = 50000000;
        OtherStuff os = new OtherStuff();

        Console.WriteLine(Profile(() => os.CountTo(to)));
        Console.WriteLine(Profile(() => os.CountTo(to)));
        Console.WriteLine(Profile(() => os.CountTo(to)));
    

    static long Profile(Action method)
    
        Stopwatch st = Stopwatch.StartNew();
        method();
        st.Stop();
        return st.ElapsedMilliseconds;
    


class OtherStuff

    public void CountTo(int to)
    
        for (int i = 0; i < to; i++)
        
            // some work...
            i++;
            i--;
        
    

示例输出为：

331
331
334

考虑改为执行此方法：

class OtherStuff
    
        public string CountTo(Guid id)
        
            using(SHA256 sha = SHA256.Create())
            
                int x = default(int);
                for (int index = 0; index < 16; index++)
                
                    x = id.ToByteArray()[index] >> 32 << 16;
                
                RNGCryptoServiceProvider rng = new RNGCryptoServiceProvider();
                byte[] y = new byte[1024];
                rng.GetBytes(y);
                y = y.Concat(BitConverter.GetBytes(x)).ToArray();
                return BitConverter.ToString(sha.ComputeHash(BitConverter.GetBytes(x).Where(o => o >> 2 < 0).ToArray()));
            
        
    

示例输出：

11 
0 
0

【讨论】：

我认为在某种程度上，这取决于您正在分析的方法的时间/空间复杂性。在这里，您展示了 O(1) 时间复杂度（执行该方法所花费的时间是恒定的，因为该方法总是在做同样的工作）。考虑针对更复杂的方法运行分析器。 （我在你的答案底部添加了一个）

O(n) 订单的好点（我想这就是你的意思，对吧？）。因此，在您最初的问题中，您似乎基本上是在测量开销。但是，我仍然想知道为什么第三次执行比第二次快。在第 2 次执行中可能存在哪些在第 3 次执行中不存在的开销？在使用Guid 的示例中，开销似乎只存在于方法的第一次执行中。

第一次执行很可能归结为 JIT 和 .NET 在后台执行的其他操作。第二次和第三次执行之间的时间差异是如此微小，以至于我将其归结为 CPU“噪音”。为了获得真正准确的结果，并了解您的代码是如何工作的，这个解决方案并没有比大牌分析器提供太多的好处，但我仍然认为看看平均运行需要多长时间是很有用的

我认为第 2 次运行的 20 毫秒到第 3 次运行的 0 毫秒对于 CPU“噪音”来说是很多的。我会测试最多 20 次运行来验证。无论如何，谢谢你的这篇文章。关于大型分析器，有时它们不可用，可能是因为 $ 原因，或者在我的情况下，我在应用程序中使用此信息（估计的运行成本），我可以粗略估计。跨度>