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寻找性能更优秀的不可变小字典
2020-11-08 19:28:00 【Newbe36524】
Dictionary 是一个很常用的键值对管理数据结构。但是在性能要求严苛的情况下,字典的查找速度并不高。所以,我们需要更快的方案。
需求说明
这里,我们需要一个 PropertyInfo 和委托对应的映射关系,这样我们就可以存储《寻找性能更优秀的动态 Getter 和 Setter 方案》提到的委托。
因此,这个字典有这些特点:
- 这个字典一旦创建就不需要修改。
- 字典项目并不多,因为通常一个 class 不会有太多属性。
方案说明
方案 1,Switch 表达式法。使用表达式生成一个包含 switch case 语句的委托。
方案 2,数组跳表。我们知道,switch case 之所以比连续的 if else 要快的原因是因为其生成的 IL 中包含一个跳表算法。因此,如果我们有办法使用连续数字作为下标,以及一个数组。就可以在 C# 中自己实现跳表。
知识要点
- 使用表达式创建委托
- PropertyInfo 有一个 int MetadataToken 属性,根据目前的观察,可以知道在一个类型中的属性其 MetadataToken 似乎是连续的,因此可以取模后作为跳表的 key。
- 所谓的跳表,可以简单理解为,使用数组的下标来定位数组中的特定元素。
实现代码
这里,我们直接给出基准测试中使用的代码。
其中:
- Directly 直接读,没有任何查找
- ArrayIndex 数组跳表
- SwitchExp 表达式生成 Switch 方案
- Dic 传统字典方案
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Linq.Expressions;
using System.Reflection;
using BenchmarkDotNet.Attributes;
namespace Newbe.ObjectVisitor.BenchmarkTest
{
[Config(typeof(Config))]
public class FuncSearchTest
{
private Func<Yueluo, object>[] _target;
private readonly Yueluo _yueluo;
private readonly Func<Yueluo, string> _func;
private readonly PropertyInfo _nameP;
private readonly Func<PropertyInfo, Func<Yueluo, object>> _switcher;
private readonly Dictionary<PropertyInfo, Func<Yueluo, object>> _dic;
public FuncSearchTest()
{
_yueluo = Yueluo.Create();
var propertyInfos = typeof(Yueluo).GetProperties().ToArray();
CreateCacheArrayD(propertyInfos);
_switcher = ValueGetter.CreateGetter<Yueluo, object>(propertyInfos,
info => Expression.SwitchCase(Expression.Constant(CreateFunc(info)), Expression.Constant(info)));
_dic = propertyInfos.ToDictionary(x => x, CreateFunc);
_nameP = typeof(Yueluo).GetProperty(nameof(Yueluo.Name));
_func = x => x.Name;
}
private void CreateCacheArrayD(IReadOnlyCollection<PropertyInfo> propertyInfos)
{
_target = new Func<Yueluo, object>[propertyInfos.Count];
foreach (var info in propertyInfos)
{
var key = GetKey(info);
var index = key % propertyInfos.Count;
_target[index] = CreateFunc(info);
}
}
private static Func<Yueluo, object> CreateFunc(PropertyInfo info)
{
var pExp = Expression.Parameter(typeof(Yueluo), "x");
var bodyExp = Expression.Property(pExp, info);
var finalExp =
Expression.Lambda<Func<Yueluo, object>>(Expression.Convert(bodyExp, typeof(object)), pExp);
return finalExp.Compile();
}
private static int GetKey(MemberInfo info)
{
var token = info.MetadataToken;
return token;
}
[Benchmark(Baseline = true)]
public string Directly() => _func(_yueluo);
[Benchmark]
public string ArrayIndex() => (string) _target[_nameP.MetadataToken % _target.Length](_yueluo);
[Benchmark]
public string SwitchExp() => (string) _switcher(_nameP)(_yueluo);
[Benchmark]
public string Dic() => (string) _dic[_nameP](_yueluo);
}
} |
基准测试
BenchmarkDotNet=v0.12.1, OS=Windows 10.0.19041.572 (2004/?/20H1)
Intel Xeon CPU E5-2678 v3 2.50GHz, 1 CPU, 24 logical and 12 physical cores
.NET Core SDK=5.0.100-rc.2.20479.15
[Host] : .NET Core 2.1.23 (CoreCLR 4.6.29321.03, CoreFX 4.6.29321.01), X64 RyuJIT
net461 : .NET Framework 4.8 (4.8.4250.0), X64 RyuJIT
net48 : .NET Framework 4.8 (4.8.4250.0), X64 RyuJIT
netcoreapp21 : .NET Core 2.1.23 (CoreCLR 4.6.29321.03, CoreFX 4.6.29321.01), X64 RyuJIT
netcoreapp31 : .NET Core 3.1.9 (CoreCLR 4.700.20.47201, CoreFX 4.700.20.47203), X64 RyuJIT
netcoreapp5 : .NET Core 5.0.0 (CoreCLR 5.0.20.47505, CoreFX 5.0.20.47505), X64 RyuJIT |
结论
- 字典真拉胯。
- Framework 真拉胯。
- Net 5 简直太强了。
- 数组跳表是非直接方案中最快的。
图表
数据
Method | Job | Runtime | Mean | Error | StdDev | Ratio | RatioSD | Rank |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Directly | net461 | .NET 4.6.1 | 0.9347 ns | 0.0363 ns | 0.0321 ns | 1.00 | 0.00 | 1 |
ArrayIndex | net461 | .NET 4.6.1 | 15.0904 ns | 0.3820 ns | 0.3752 ns | 16.13 | 0.64 | 2 |
SwitchExp | net461 | .NET 4.6.1 | 17.1585 ns | 0.0624 ns | 0.0521 ns | 18.30 | 0.56 | 3 |
Dic | net461 | .NET 4.6.1 | 34.3348 ns | 0.2447 ns | 0.2169 ns | 36.77 | 1.18 | 4 |
Directly | net48 | .NET 4.8 | 0.6338 ns | 0.0233 ns | 0.0218 ns | 1.00 | 0.00 | 1 |
ArrayIndex | net48 | .NET 4.8 | 15.3098 ns | 0.2794 ns | 0.2613 ns | 24.17 | 0.69 | 2 |
SwitchExp | net48 | .NET 4.8 | 17.8113 ns | 0.0740 ns | 0.0656 ns | 28.20 | 0.98 | 3 |
Dic | net48 | .NET 4.8 | 33.7930 ns | 0.4538 ns | 0.4245 ns | 53.36 | 1.64 | 4 |
Directly | netcoreapp21 | .NET Core 2.1 | 1.2153 ns | 0.1168 ns | 0.1434 ns | 1.00 | 0.00 | 1 |
ArrayIndex | netcoreapp21 | .NET Core 2.1 | 4.6545 ns | 0.1044 ns | 0.0871 ns | 4.01 | 0.51 | 2 |
SwitchExp | netcoreapp21 | .NET Core 2.1 | 8.1995 ns | 0.2567 ns | 0.2747 ns | 6.81 | 0.90 | 3 |
Dic | netcoreapp21 | .NET Core 2.1 | 24.2669 ns | 0.5440 ns | 0.5586 ns | 20.07 | 2.51 | 4 |
Directly | netcoreapp31 | .NET Core 3.1 | 0.7382 ns | 0.1148 ns | 0.1074 ns | 1.00 | 0.00 | 1 |
ArrayIndex | netcoreapp31 | .NET Core 3.1 | 4.3580 ns | 0.1299 ns | 0.1085 ns | 6.10 | 0.77 | 2 |
SwitchExp | netcoreapp31 | .NET Core 3.1 | 7.5985 ns | 0.1310 ns | 0.1161 ns | 10.45 | 1.41 | 3 |
Dic | netcoreapp31 | .NET Core 3.1 | 22.2433 ns | 0.2756 ns | 0.2443 ns | 30.61 | 4.20 | 4 |
Directly | netcoreapp5 | .NET Core 5.0 | 1.3323 ns | 0.0527 ns | 0.0493 ns | 1.00 | 0.00 | 1 |
ArrayIndex | netcoreapp5 | .NET Core 5.0 | 5.0058 ns | 0.1361 ns | 0.1206 ns | 3.77 | 0.15 | 2 |
SwitchExp | netcoreapp5 | .NET Core 5.0 | 9.0576 ns | 0.0985 ns | 0.0921 ns | 6.81 | 0.26 | 3 |
Dic | netcoreapp5 | .NET Core 5.0 | 20.4052 ns | 0.2724 ns | 0.2275 ns | 15.44 | 0.59 | 4 |
总结
不论是数组跳表还是表达式 Switch 方案都可以解决这个问题,而且都要比使用字典要快。
但是这里有一个问题,就是目前作者还没有找到任何有关 MetadataToken 是否真的具备同 class 连续的性质。
因此建议还是使用 Switch 方案实现。
我只是知识的搬运工
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使用样例
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GitHub 项目地址:https://github.com/newbe36524/Newbe.ObjectVisitor
Gitee 项目地址:https://gitee.com/yks/Newbe.ObjectVisitor
- 本文作者: newbe36524
- 本文链接: https://www.newbe.pro/Newbe.ObjectVisitor/Better-Performance-Small-Map/
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