使用 BenchmarkDotNet 比较指定容量的 List 的性能

我们之前提到 List 是 .NET 中常用的数据结构,其在存储大量数据时,如果能够指定它的初始化容量,就会有性能提升。这个优化的方法并不是很明显,因此本文将使用 BenchmarkDotNet 库,通过定量对比的方式来证明这一点。

实验过程

引入 BenchmarkDotNet

首先,我们需要在项目中引入 BenchmarkDotNet 库。这可以通过在项目的 NuGet 包管理器中搜索并安装 BenchmarkDotNet 来实现。

指定需要测试的方法和参数

接下来,我们需要指定需要测试的方法和参数。这可以通过在代码中使用 [Benchmark] 属性来实现。例如,我们可以在测试类中定义两个测试方法,一个使用指定容量的 List,一个使用未指定容量的 List。

public class ListBenchmark
{
[Benchmark]
public void ListWithCapacity()
{
var list = new List<int>(1000000);
for (int i = 0; i < 1000000; i++)
{
list.Add(i);
}
}

[Benchmark]
public void ListWithoutCapacity()
{
var list = new List<int>();
for (int i = 0; i < 1000000; i++)
{
list.Add(i);
}
}
}

我们还可以使用其他参数来指定测试的一些细节,如使用的 .NET 框架版本,是否进行内存测量等。

[SimpleJob(RuntimeMoniker.Net70)]
[SimpleJob(RuntimeMoniker.NetCoreApp31)]
[MemoryDiagnoser]
public class ListBenchmark
{
[Benchmark]
public void ListWithCapacity()
{
var list = new List<int>(1000000);
for (int i = 0; i < 1000000; i++)
{
list.Add(i);
}
}

[Benchmark]
public void ListWithoutCapacity()
{
var list = new List<int>();
for (int i = 0; i < 1000000; i++)
{
list.Add(i);
}
}
}

运行测试

最后,我们可以使用 BenchmarkRunner 类来运行测试。这可以通过在 Main 方法中调用 BenchmarkRunner.Run<T>() 方法来实现。其中 T 是包含测试方法的类的类型。

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
BenchmarkRunner.Run<ListBenchmark>();
}
}

实验结果

运行测试后,我们可以得到若干个指标的测试结果。这些指标可能包括运行时间、内存使用量等。通过对比这些指标,我们可以得出结论:使用指定容量的 List 性能优于未指定容量的 List。

例如,我们可以看到,使用指定容量的 List 的平均运行时间要比未指定容量的 List 少得多,内存使用量也更少。

// * Summary *

BenchmarkDotNet=v0.13.2, OS=Windows 11 (10.0.22000.1335/21H2)
12th Gen Intel Core i7-12700, 1 CPU, 20 logical and 12 physical cores
.NET SDK=7.0.101
[Host] : .NET 7.0.1 (7.0.122.56804), X64 RyuJIT AVX2
.NET 7.0 : .NET 7.0.1 (7.0.122.56804), X64 RyuJIT AVX2
.NET Core 3.1 : .NET Core 3.1.32 (CoreCLR 4.700.22.55902, CoreFX 4.700.22.56512), X64 RyuJIT AVX2


| Method | Job | Runtime | Mean | Error | StdDev | Gen0 | Gen1 | Gen2 | Allocated |
|-------------------- |-------------- |-------------- |---------:|----------:|----------:|---------:|---------:|---------:|----------:|
| ListWithCapacity | .NET 7.0 | .NET 7.0 | 1.392 ms | 0.0302 ms | 0.0891 ms | 164.0625 | 164.0625 | 164.0625 | 3.81 MB |
| ListWithoutCapacity | .NET 7.0 | .NET 7.0 | 2.602 ms | 0.0503 ms | 0.0559 ms | 507.8125 | 500.0000 | 500.0000 | 8 MB |
| ListWithCapacity | .NET Core 3.1 | .NET Core 3.1 | 1.168 ms | 0.0227 ms | 0.0278 ms | 218.7500 | 218.7500 | 218.7500 | 3.81 MB |
| ListWithoutCapacity | .NET Core 3.1 | .NET Core 3.1 | 2.652 ms | 0.0520 ms | 0.0461 ms | 507.8125 | 500.0000 | 500.0000 | 8 MB |

总结

本文通过 BenchmarkDotNet 库,使用定量对比的方式,证明了使用指定容量的 List 性能优于未指定容量的 List。这是因为指定容量的 List 在初始化时,会为其分配指定大小的内存空间,而未指定容量的 List 则会在添加元素时,根据需要动态分配内存空间。因此,使用指定容量的 List 可以减少内存分配的次数,从而提升性能。

参考资料

本文采用 Chat OpenAI 辅助注水浇筑而成,如有雷同,完全有可能。