老趙點滴 - 追求編程之美 先做人，再做技術人員，最后做程序員。打造國內最好的.NET技術博客。

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，然后打印時間。這種一遍又一遍的重復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松許多。這個性能計數器不用復雜，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。

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，然后打印時間。這種一遍又一遍的重復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松許多。這個性能計數器不用復雜，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中進行了一個名為“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為CodeTimer的簡單計數器，用于統計每種做法的性能。可惜翻遍了每個地方都沒發現JR大叔在哪里公開了這個計數器的實現。算了，那么就憑著印象寫一個出來吧，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：

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)
    {
        ...
    }
}

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為最高，這樣便可以相對減少操作系統在調度上造成的干擾。然后調用一次Time方法進行“預熱”，讓JIT將IL編譯成本地代碼，讓Time方法盡快“進入狀態”。Time方法則是真正用于性能計數的方法，實現如下：

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();

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時鐘周期，以及各代垃圾收集的回收次數。具體實現分幾個步驟，如下：

1. 保留當前控制臺前景色，并使用黃色輸出名稱參數。
2. 強制GC進行收集，并記錄目前各代已經收集的次數。
3. 執行代碼，記錄下消耗的時間及CPU時鐘周期¹。
4. 恢復控制臺默認前景色，并打印出消耗時間及CPU時鐘周期。
5. 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時鐘周期及各代垃圾收集回收次數。CPU時鐘周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，它和消耗時間并沒有必然聯系。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時鐘周期：

CodeTimer.Time("Thread Sleep", 1, () => { Thread.Sleep(3000); });
CodeTimer.Time("Empty Method", 10000000, () => { });

結果如下：

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"); });

結果如下：

老趙最近在研究一個問題的幾種不同做法在性能上的優劣，其中CodeTimer起到了很重要的作用——這邊也先賣個關子，接下來老趙也將會寫幾篇文章來講解這個問題。

 

注1：統計CPU時鐘周期時使用P/Invoke訪問QueryThreadCycleTime函數，這是Vista和Server 2008中新的函數。感謝裝配腦袋在這里提供的幫助。

注2：對于.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》