使用 BenchmarkDotNet 对 .NET 代码进行性能基准测试

前言

在软件开发领域，性能基准测试是确保软件系统高效、稳定运行的重要环节。它可以帮助你评估应用程序的性能，了解其在不同条件下的响应时间、吞吐量、资源利用率等。通过基准测试，你可以确定系统在处理特定工作负载时的性能表现。

项目介绍

BenchmarkDotNet 是一个基于.NET 开源、功能全面、易于使用的性能基准测试框架，它为.NET 开发者提供了强大的性能评估和优化能力。通过自动化测试、多平台支持、高级统计分析和自定义配置等特性，BenchmarkDotNet 帮助开发者更好地理解和优化软件系统的性能表现。

项目特性

• 支持的语言：C#、F#、Visual Basic。

• 支持的操作系统：Windows、Linux、macOS。

• 支持的架构：x86、x64、ARM、ARM64、Wasm 和 LoongArch64。

• 支持的运行时：.NET 5+、.NET Framework 4.6.1+、.NET Core 3.1+、Mono、NativeAOT。

创建控制台应用

创建名为：BenchmarkDotNetExercise的.NET 9 控制台应用。

安装 NuGet 包

在 NuGet 包管理器中搜索：BenchmarkDotNet 包进行安装：

进行性能基准测试

接下来我们对.NET 中常见的三种加密哈希函数：MD5、SHA256、SHA1进行性能基准测试，来一起分析一下哪一种哈希算法性能更优、效率更快。

HashFunctionsBenchmark

    [MemoryDiagnoser]//记录内存分配情况    public class HashFunctionsBenchmark    {        private readonly string _inputData;
        public HashFunctionsBenchmark()        {            // 使用一个较长的字符串作为输入，以更好地反映哈希函数的性能            _inputData = new string('y', 1000000);        }
        [Benchmark]        public byte[] MD5Hash()        {            using (MD5 md5 = MD5.Create())            {                return md5.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(_inputData));            }        }
        [Benchmark]        public byte[] SHA256Hash()        {            using (SHA256 sha256 = SHA256.Create())            {                return sha256.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(_inputData));            }        }
        [Benchmark]        public byte[] SHA1Hash()        {            using (SHA1 sha1 = SHA1.Create())            {                return sha1.ComputeHash(Encoding.UTF8.GetBytes(_inputData));            }        }    }

运行基准测试

    internal class Program    {        static void Main(string[] args)        {            var summary = BenchmarkRunner.Run<HashFunctionsBenchmark>();        }    }

注意一定要设置为：Release模式运行，假如为Debug模式会提示下面异常：

// Validating benchmarks://    * Assembly BenchmarkDotNetExercise which defines benchmarks is non-optimizedBenchmark was built without optimization enabled (most probably a DEBUG configuration). Please, build it in RELEASE.If you want to debug the benchmarks, please see https://benchmarkdotnet.org/articles/guides/troubleshooting.html#debugging-benchmarks.

分析生成的报告

说明：

• Mean: 所有测量值的算术平均值。

• Error: 99.9% 置信区间的一半。

• StdDev: 所有测量值的标准差。

• Gen0: 第 0 代 GC 每 1000 次操作收集一次。

• Gen1: 第 1 代 GC 每 1000 次操作收集一次。

• Gen2: 第 2 代 GC 每 1000 次操作收集一次。

• Allocated: 每次操作分配的内存（仅托管内存，包含所有内容，1KB = 1024B）。

• 1 ms: 1 毫秒（0.001 秒）。

报告分析：

• MD5Hash 的平均耗时稍长于 SHA1Hash，但误差和标准差较小，性能稳定性较好，垃圾回收次数与 SHA1Hash 相同。

• SHA256Hash 的平均耗时最长，但误差和标准差最小，性能稳定性最好，垃圾回收次数略少于 MD5Hash 和 SHA1Hash。

• SHA1Hash 的平均耗时最短，但误差和标准差较大，表示其性能虽然优越但不太稳定。

性能测试多种格式输出

• MarkdownExporter：导出 Markdown 格式。

• AsciiDocExporter：导出 AsciiDoc 格式。

• HtmlExporter：导出 HTML 格式。

• CsvExporter：导出 CSV（逗号分隔值）格式。

• RPlotExporter：导出 R 绘图文件格式。

[MarkdownExporter, AsciiDocExporter, HtmlExporter, CsvExporter, RPlotExporter]public class HashFunctionsBenchmark{}

项目源码地址

更多项目实用功能和特性欢迎前往项目开源地址查看👀，别忘了给项目一个 Star 支持💖。

• 开源地址：https://github.com/dotnet/BenchmarkDotNet

• 文章示例：https://github.com/YSGStudyHards/DotNetExercises/tree/master/BenchmarkDotNetExercise

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• GitHub 开源地址：https://github.com/YSGStudyHards/DotNetGuide/blob/main/docs/DotNet/DotNetProjectPicks.md

• Gitee 开源地址：https://gitee.com/ysgdaydayup/DotNetGuide/blob/main/docs/DotNet/DotNetProjectPicks.md