详解如何使用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-optimized
Benchmark 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
{
}

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