有數據，有真相，相信大家在平時的工作或學習過程中，都需要比較幾種不同方法或實現之間的性能差距。在這些時候，往往就需要我們不斷地創建Stopwatch，打開，關閉，然後打印時間。這種一遍又一遍的重複終有一天會讓人忍無可忍，因此如果能有一個“標準”的性能計數器，那應該可以讓生活輕鬆許多。這個性能計數器不用複雜，夠用就好；也不需要考慮擴展性，要擴展時直接修改代碼就夠了；同樣不需要考慮輸出格式，直接打印在Console就行。
在上次的.NET技術大會中，Jeffrey Richter大叔在Keynote Session中進行了一個名爲“The Performance of Everyday Things”的主題演講，展示了各種常用編程元素之間的性能對比。在演示中他使用了一個名爲CodeTimer的簡單計數器，用於統計每種做法的性能。可惜翻遍了每個地方都沒發現JR大叔在哪裏公開了這個計數器的實現。算了，那麼就憑着印象寫一個出來吧，反正也不復雜。
總的來說，CodeTimer有兩個公開方法，一個是Initialize，一個是Time：
using System;
using System.Threading;
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.InteropServices;
namespace ConsoleApp
{
public static class CodeTimer
{
public static void Initialize()
{
Process.GetCurrentProcess().PriorityClass = ProcessPriorityClass.High;
Thread.CurrentThread.Priority = ThreadPriority.Highest;
Time("", 1, () => { });
}
public static void Time(string name, int iteration, Action action)
{
if (String.IsNullOrEmpty(name)) return;
// 1.
ConsoleColor currentForeColor = Console.ForegroundColor;
Console.ForegroundColor = ConsoleColor.Yellow;
Console.WriteLine(name);
// 2.
GC.Collect(GC.MaxGeneration, GCCollectionMode.Forced);
int[] gcCounts = new int[GC.MaxGeneration + 1];
for (int i = 0; i <= GC.MaxGeneration; i++)
{
gcCounts[i] = GC.CollectionCount(i);
}
// 3.
Stopwatch watch = new Stopwatch();
watch.Start();
ulong cycleCount = GetCycleCount();
for (int i = 0; i < iteration; i++) action();
ulong cpuCycles = GetCycleCount() - cycleCount;
watch.Stop();
// 4.
Console.ForegroundColor = currentForeColor;
Console.WriteLine("\tTime Elapsed:\t" + watch.ElapsedMilliseconds.ToString("N0") + "ms");
Console.WriteLine("\tCPU Cycles:\t" + cpuCycles.ToString("N0"));
// 5.
for (int i = 0; i <= GC.MaxGeneration; i++)
{
int count = GC.CollectionCount(i) - gcCounts[i];
Console.WriteLine("\tGen " + i + ": \t\t" + count);
}
Console.WriteLine();
}
private static ulong GetCycleCount()
{
ulong cycleCount = 0;
QueryThreadCycleTime(GetCurrentThread(), ref cycleCount);
return cycleCount;
}
[DllImport("kernel32.dll")]
[return: MarshalAs(UnmanagedType.Bool)]
static extern bool QueryThreadCycleTime(IntPtr threadHandle, ref ulong cycleTime);
[DllImport("kernel32.dll")]
static extern IntPtr GetCurrentThread();
}
}
CodeTimer.Initialize方法應該在測試開始前調用。首先它會把當前進程及當前線程的優先級設爲最高，這樣便可以相對減少操作系統在調度上造成的干擾。然後調用一次Time方法進行“預熱”，讓JIT將IL編譯成本地代碼，讓Time方法儘快“進入狀態”。Time方法則是真正用於性能計數的方法
Time方法接受三個參數，名稱，循環次數以及需要執行的方法體。打印出花費時間，消耗的CPU時鐘週期，以及各代垃圾收集的回收次數。具體實現分幾個步驟，如下：
- 保留當前控制檯前景色，並使用黃色輸出名稱參數。
- 強制GC進行收集，並記錄目前各代已經收集的次數。
- 執行代碼，記錄下消耗的時間及CPU時鐘週期1。
- 恢復控制檯默認前景色，並打印出消耗時間及CPU時鐘週期。
- 打印執行過程中各代垃圾收集回收次數。
與傳統計數方法相比，這段代碼還輸出了更多信息：CPU時鐘週期及各代垃圾收集回收次數。CPU時鐘週期是性能計數中的輔助參考，說明CPU分配了多少時間片給這段方法來執行，它和消耗時間並沒有必然聯繫。例如Thread.Sleep方法會讓CPU暫時停止對當前線程的“供給”，這樣雖然消耗了時間，但是節省了CPU時鐘週期：
CodeTimer.Time("Thread Sleep", 1, () => { Thread.Sleep(3000); }); CodeTimer.Time("Empty Method", 10000000, () => { });
而垃圾收集次數的統計，即直觀地反應了方法資源分配（消耗）的規模：
int iteration = 100 * 1000; string s = ""; CodeTimer.Time("String Concat", iteration, () => { s += "a"; }); StringBuilder sb = new StringBuilder(); CodeTimer.Time("StringBuilder", iteration, () => { sb.Append("a"); });
注1：統計CPU時鐘週期時使用P/Invoke訪問QueryThreadCycleTime函數，這是Vista和Server 2008中新的函數。感謝裝配腦袋在這裏提供的幫助。
注2：對於.NET 2.0及Vista以下操作系統，請參考《對老趙寫的簡單性能計數器的修改》