[NETCore] String 字串相加效能比較 ~ m@rcus 學習筆記

前言
在 .NET 應用程式中很常使用到 string 型別，string 是不可變 ( Immutable ) 的，當每次建立完就會固定其長度，如果要做相加就必須捨棄原有使用的記憶體，在重新配置一塊新的記憶體給它使用，如果在需要大量得字串動態相加時就會影響到其效能，因此在動態文字相加情境就可以透過 stringBuilder 來改善此問題，詳細細節可以參考黑暗大的 StringBuilder串接字串的迷思，這篇重點是在 C# 有提供多種語法來做 string 相加語法，像是 string.Format、stringBuilder、Concat、Join 以及 Interpolation 多種方法，今天就要針對 C# 中提供的字串相加效能進行比較，以及測試的結果數據，若有問題或是錯誤的地方歡迎各位給予指導及討論。

測試代碼
測試方式以 BenchmarkDotNet 套件協助進行測試，BenchmarkDotNet 可以針對要測試的方法紀錄執行時間，並會將測試結果輸出報告，如果對此套件有興趣可以參考介紹的文章 [.NETCore] 使用 BenchmarkDotNet 測試程式碼效能，首先先針對固定字串相加做測試，定義區域變數 firstWord 與 secondWord 希望輸出 This is a book 字眼，另外在 stringBenchmark 類別加上 ClrJob,CoreJob 希望分別在 .NET Framework 與 .NET Core 測試效能差異，加上 MemoryDiagnoser 輸出測試時觀察 GC 的結果，代碼如下

namespace benchmarkLab
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var summary = BenchmarkRunner.Run<stringBenchmark>();
            Console.ReadKey();
        }
    }
 
    [MemoryDiagnoser]
    [ClrJob,CoreJob]
    public class stringBenchmark
    {
        private static string firstWord = "This is a";
        private static string secondWord = "book";
        StringBuilder _sb = new StringBuilder();
 
        // 測試代碼
    }
}

使用 Benchmark 測試數據，需要在方法上加上 Benchmark attribute，使用 string 的相加測試的代碼如下

[Benchmark]
public void Normal()
{
    string s = string.Empty;
    s = firstWord;
    s += secondWord;
}

使用 stringBuilder 的相加測試的代碼如下

[Benchmark]
public void StringBuilder()
{
    StringBuilder sb = new StringBuilder();
    sb.Append(firstWord);
    sb.Append(secondWord);
    string s = sb.ToString();
}

另外一種使用 stringBuilder 的方式，將其宣告為區域變數使用前先 clear，測試的代碼如下

[Benchmark]
public void StringBuilderClear()
{
    _sb.Clear();
    _sb.Append(firstWord);
    _sb.Append(secondWord);
    string s = _sb.ToString();
}

使用 string.Format，測試的代碼如下

[Benchmark]
public void Format()
{
    string s = string.Empty;
    s = string.Format("{0} {1}", firstWord, secondWord);
}

使用 C# 6.0 提供的新語法 Interpolation，測試的代碼如下

[Benchmark]
public void Interpolation()
{
    string s = string.Empty;
    s = $"{firstWord}{secondWord}";
}

使用 string.Concat，測試的代碼如下

[Benchmark]
public void Concat()
{
    string s = string.Empty;
    s = string.Concat(firstWord, secondWord);
}

使用 string.Join，測試的代碼如下

[Benchmark]
public void Join()
{
    string s = firstWord;
    s += string.Join(s, secondWord);
}

接著調整到 Release mode，按下 F5 進行測試

測試完成後，會產生測試報各路徑在 release\BenchmarkDotNet.Artifacts\results 目錄底下，如下圖所示

根據測試結果

.NET Framework : 表現最差的為 string.Format，表現最好的是 string 相加

.NET Core : 表現最差的為 string.Format，表現最好的是 Interpolation

感想

透過結果得知，在 .NET Framework 與 .NET Core 環境中在靜態字串相加的情況下，string 相加效能會比使用 stringBuilder 來的好 (原因可以參考黑暗大文章 StringBuilder串接字串的迷思，這裡就不在細說)，Interpolation 與 conact 落後一些也是表現不錯，唯有 string.Format 在兩個皆墊底，.NET Framework 最好與最差的差距近 6 倍 ( 31.9 v.s 238.0 )，在 .NET Core 更高達 9 倍 (38.2 v.s 312.2 )，如果有需要用到時需要特別留意，避免影響到網站執行效能，下次再來分享動態文字的測試數據 (拖稿)，Happy Coding :)

參考
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2022年11月7日星期一