【基準測試】BenchmarkDotNet介紹

BenchmarkDotNet 概述

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BenchmarkDotNet helps you to transform methods into benchmarks, track their performance, and share reproducible measurement experiments. It's no harder than writing unit tests

提取幾個關鍵字（實際上是隻認識那幾個英文單詞）

• 將方法轉換基準測試
• 跟蹤性能
• 可重複實驗
• 沒必要單元測試難

說白了，就是代碼的性能測試，一般是用來比較兩段代碼/方法，或者在不一樣平臺上的執行效果。

BenchmarkDotNet 快速入門

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1. 添加包

dotnet add package BenchmarkDotNet

2. 添加須要基準測試的方法（這裏我準備兩個排序算法，快速排序 && 堆排序）

[Benchmark]
[Arguments(new int[] { 3, 1, 10, 9, 6, 2, 5, 7, 8, 4 })]
public void QuickSort(int[] nums) => Demo.BenchmarkDotNet.QuickSort.Sort(nums);

[Benchmark]
[Arguments(new int[] { 3, 1, 10, 9, 6, 2, 5, 7, 8, 4 })]
public void HeapSort(int[] nums) => Demo.BenchmarkDotNet.HeapSort.Sort(nums);

3. Main裏執行BenchmarkRunner.Run

var summary = BenchmarkRunner.Run<QuickSortVsHeapSort>();

4. 執行（須要Release模式）

dotnet run -c=Release

5. 分析結果

BenchmarkDotNet=v0.12.1, OS=Windows 10.0.18363.778 (1909/November2018Update/19H2)
Intel Core i7-10510U CPU 1.80GHz, 1 CPU, 8 logical and 4 physical cores
.NET Core SDK=3.1.202
  [Host]     : .NET Core 3.1.4 (CoreCLR 4.700.20.20201, CoreFX 4.700.20.22101), X64 RyuJIT
  DefaultJob : .NET Core 3.1.4 (CoreCLR 4.700.20.20201, CoreFX 4.700.20.22101), X64 RyuJIT


|    Method |      nums |     Mean |    Error |   StdDev |
|---------- |---------- |---------:|---------:|---------:|
| QuickSort | Int32[10] | 61.98 ns | 0.242 ns | 0.202 ns |
|  HeapSort | Int32[10] | 89.19 ns | 0.374 ns | 0.332 ns |

除了控制檯，還能夠在BenchmarkDotNet.Artifacts/result找到多種格式的輸出結果

能夠看到QuickSort ，HeapSort比較接近，可是咱們測試的數據量太少，因此這個沒表明性

5. 總結

能夠看到BenchmarkDotNet對原來的代碼是沒有侵入式，一般我是新建一個測試類，而後再測試類初始化測試參數，這樣對原來代碼沒有侵入

進階用法

多組輸入參數

[Benchmark]
[ArgumentsSource(nameof(Data))]
public void QuickSort(int[] nums) => Demo.BenchmarkDotNet.QuickSort.Sort(nums);

public IEnumerable<int[]> Data()
{
    var random = new Random();
    var datas = Enumerable.Range(1, 10000).ToArray();
    // 打亂數組
    for (int i = datas.Length - 1; i > 0; i--)
    {
        var value = datas[i];
        var randomIndex = random.Next(0, i);
        datas[i] = datas[randomIndex];
        datas[randomIndex] = value;
    }
    yield return datas.Take(100).ToArray();
    yield return datas.Take(1000).ToArray();
    yield return datas;
}

ArgumentsSource : 參數能夠是方法/屬性的名稱

多平臺比較

1. 在基準測試類中添加SimpleJob

[SimpleJob(RuntimeMoniker.NetCoreApp31)]
[SimpleJob(RuntimeMoniker.Net472)]
public class QuickSortVsHeapSort
{
}

2. 項目方案添加多個運行時

<TargetFrameworks>netcoreapp3.1;net472</TargetFrameworks>

添加統計字段

在基準測試類添加MaxColumn , MinColumn,MemoryDiagnoser

[MaxColumn, MinColumn, MemoryDiagnoser]
public class QuickSortVsHeapSort
{
  ...
}

添加基準

比較快速排序和堆排序，能夠用其中一個做爲基準，也能夠新增一個做爲基準做爲參考。例如這裏選擇以冒泡排序做爲基準 ，下圖是各個排序算法的時間複雜度

排序	平均狀況	最壞狀況	最好狀況	空間複雜度
冒泡排序	O(\(n^2\))	O(\(n^2\))	O(\(n^2\))	O(1)
快速排序	O(n\(\log_2n\))	O(\(n^2\))	O(n\(\log_2n\))	O(n\(\log_2n\))
堆排序	O(n\(\log_2n\))	O(n\(\log_2n\))	O(n\(\log_2n\))	O(1)

[Benchmark(Baseline = true)]
[ArgumentsSource(nameof(Data))]
public void BubbleSort(int[] nums) => Demo.BenchmarkDotNet.BubbleSort.Sort(nums);

使用BenchmarkDotNet 模板

1. 安裝模板

dotnet new -i BenchmarkDotNet.Templates

2. 建立模板

dotnet new benchmark

使用BenchmarkDotNet dotnet tool

1. 安裝

dotnet tool install -g BenchmarkDotNet.Tool

2. 使用

dotnet benchmark [arguments] [options]

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