LINQ 和性能

介绍

自从微软在 .NET 3.5 中引入LINQ已经 15 年（2007 年）。这应该有足够的时间让它成熟为一个全方位的有用工具。

LINQ的使用有几个方面：

延迟执行和延迟评估（更好地利用多线程系统）
缩短代码（可读性和可重用性）
所用技术的运行时开销（性能）

在本文中，我将只了解 LINQ 的一个方面——性能。

背景

LINQ - 至少在我的环境中 - 以其外观使所有 C# 程序员兴奋不已，随后导致该技术的大量使用。

我想在这里问一下，如果一个人完全清醒地看待 LINQ：作为扩展方法和匿名委托（lambda 表达式）与延迟执行（yield）的创新组合，还有多少营销亮点？

为了从性能方面回答这个问题，我想用 LINQ 过滤一个对象列表并对结果进行排序。

这种方法的特殊性是 LINQ 必须处理列表直到最后一个元素。因此，我有意消除Any()使用or可以实现的运行时优势，First()并专注于必须处理所有元素的情况。

测试

当然，结果取决于底层运行时系统、操作系统和硬件的多线程能力——因此，仅将在同一环境中运行的不同方法相互比较是有用的。为此，我准备了 4 个可以相互比较的测试用例。

测试用例 1：使用 C++ 的 LINQ（无排序和有排序）
测试用例 2 ：使用 C++ 的经典（for(...)循环if(...)和）（无排序和有排序）sort(...)
测试用例 3：使用 C# 的 LINQ（无排序和有排序）
测试用例 4：带有 C# 的经典（for(...)循环if(...)和sort(...)）（没有和有排序）

并且测试用例将在两个不同的环境中执行......

在Win10中测试

第一个测试环境是配备 i7-5600U @ 2.6GHz、Windows 10 x64、.NET 4.7.2 和 16GB 内存的 Lenovo T550。

C++ 测试结果如下：

C#测试结果如下：

在 openSUSE 上测试

第二个测试环境是联想 T520，配备 i5-2540M @ 2.6GHz、openSUSE Leap 15.4 x64、.NET 6.0 和 12 GB 内存。

C++ 测试结果如下：

C#测试结果如下：

结果比较

为了更好地比较结果，我忽略了最差的测试运行（最长的运行时间）并取其余三个测试运行的中值。这是这张摘要图片：

线	系统	硬件	语	试图	订购	中位数	C++ 与 C#	LINQ 与经典
1	赢得 10	T550	C++	LINQ	不	23.1 毫秒	77 %`worse`	差 2.5 倍
2	赢得 10	T550	C＃	LINQ	不	13.0 毫秒	好 77 %	差 2.5 倍
3	赢得 10	T550	C++	经典的	不	9.2 毫秒	73 %`worse`	约好 2.5 倍
4	赢得 10	T550	C＃	经典的	不	5.3 毫秒	好 73 %	约好 2.5 倍
5	赢得 10	T550	C++	LINQ	是的	19.0 毫秒	好 186 %	不一致的
6	赢得 10	T550	C＃	LINQ	是的	54.3 毫秒	差 186 %	不一致的
7	赢得 10	T550	C++	经典的	是的	7.6 毫秒	1309 % 更好	不一致的
8	赢得 10	T550	C＃	经典的	是的	107.1 毫秒	差 1309 %	不一致的
9	openSUSE	T520	C++	LINQ	不	11.5 毫秒	好 60 %	~ 3 倍差
10	openSUSE	T520	C＃	LINQ	不	18.4 毫秒	差 60%	~ 3 倍差
11	openSUSE	T520	C++	经典的	不	5.1 毫秒	平等的	〜3倍好
12	openSUSE	T520	C＃	经典的	不	5.1 毫秒	平等的	〜3倍好
13	openSUSE	T520	C++	LINQ	是的	10.5 毫秒	好 395 %	不一致的
14	openSUSE	T520	C＃	LINQ	是的	52.0 毫秒	差 395 %	不一致的
15	openSUSE	T520	C++	经典的	是的	5.1 毫秒	23169 % 更好	不一致的
16	openSUSE	T520	C＃	经典的	是的	123.4 毫秒	差 23169 %	不一致的

预期和结果的讨论

C++ 与 C#

我期望 C++ 比 C# 有明显的优势。
期望达到了。但是，并没有预期的那么一致。

除了第 1/2 行和第 3/4 行的突破之外，C++ 比 C# 更快——但并不显着。但是，只有通过排序，差异才会变得非常明显。显然，STL 和 C++ 编译器优化器在这里做得很好。这在第 7/8 行和第 15/16 行变得非常清楚——以一种几乎令人难以置信的方式。但是我已经重复了几次测试运行 - 结果没有显着变化。C# 总是失败。

LINQ 与经典（for(...) 循环、 if(...) 和 sort(...)）

我希望 LINQ 与经典方法相比有明显的劣势。
期望达到了。然而，并没有想象中那么清晰。

对于 C++ 和 C# ， LINQ 总是比经典方法（for(...)循环if(...)和）更糟糕。sort(...)但差异小于预期。

我认为 LINQ 在 C++ 中表现如此出色的原因是它是一个模板实现，可以转换为高度优化的机器代码。

我认为 LINQ 在 C# 中表现如此出色的原因是特殊的数据结构。C++ 中的 LINQvector<Element>用于源数据和结果，而 C# 中的 LINQList<Element>用于源数据和System.Linq.Enumerable.WhereListIterator<Element>/或System.Linq.OrderedEnumerable<Element, int>结果。第二个datatype 提供了对排序标准的明确访问，也可以被视为不再具有可比性或作弊。但让我们温和一点。

Wind10 与 openSUSE

我不想进一步评论它，但测试似乎在 Linux 下在较弱的硬件上运行得更快。也许是因为 Microsoft Defender - 它总是在我的 Windows 机器上运行。

缩放

与 C++ 相比，C# 相当可接受的结果让我感到惊讶（我曾预计至少有 10 次方作为差异），也让我感到高兴（显然 15 年的发展确实对 C# 产生了积极影响）。

不过，我想确定 C# 真的那么强大。640000所以我简单地将数据量从到乘以 20 倍12800000。

缩放后的 C++ 测试结果为：

缩放后的 C# 测试结果为：

这是这张摘要图片：

线	系统	硬件	语	试图	订购	中位数	C++ 与 C#	LINQ 与经典
1	openSUSE	T520	C++	LINQ	不	258.9 毫秒	30 %`worse`	~ 差 2 倍
2	openSUSE	T520	C＃	LINQ	不	199.8 毫秒	好 30%	~ 差 2 倍
3	openSUSE	T520	C++	经典的	不	135.4 毫秒	21 %`worse`	~ 好 2 倍
4	openSUSE	T520	C＃	经典的	不	111.9 毫秒	好 21%	~ 好 2 倍
5	openSUSE	T520	C++	LINQ	是的	250.9 毫秒	好 261 %	不一致的
6	openSUSE	T520	C＃	LINQ	是的	906.2 毫秒	差 261%	不一致的
7	openSUSE	T520	C++	经典的	是的	135.1 毫秒	3224 % 更好	不一致的
8	openSUSE	T520	C＃	经典的	是的	4491.5 毫秒	差 322	不一致的