寻找性能更优秀的不可变小字典
原创
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 |
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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
发布说明
使用样例
番外分享
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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