BenchmarkDotNet：让性能测试变得简单高效

基准测试是性能优化的关键工具，允许测量代码的性能，并确定哪些部分需要优化。通过基准测试，可以更科学地评估代码的效率，避免盲目优化。在 C# 中，BenchmarkDotNet 是一个强大的开源库，提供了简单易用的 API 和详细的性能报告。

1. 什么是 BenchmarkDotNet？
   BenchmarkDotNet 是一个专为 .NET 开发者设计的基准测试框架，支持多种运行时（如 .NET Core、.NET Framework 和 Mono），并能生成详细的性能报告。它的主要特点包括：

• 易用性：通过简单的注解即可定义基准测试。
• 详细报告：生成包含运行时间、内存分配、硬件信息等的报告。
• 跨平台支持：支持 Windows、Linux 和 macOS。
• 自动化：自动处理基准测试的冷启动、JIT 编译和垃圾回收等问题。
官方资源：

• 官方文档：https://benchmarkdotnet.org/
• GitHub 地址：https://github.com/dotnet/BenchmarkDotNet
支持的运行时：.NET 5+、.NET Framework 4.6.1+、.NET Core 2.0+、Mono、NativeAOT
支持的语言：C#、F#、Visual Basic支持的作系统：Windows、Linux、macOS支持的架构：x86、x64、ARM、ARM64、Wasm 和 LoongArch64

2. 安装使用
   通过 NuGet 包管理器安装 BenchmarkDotNet：

dotnet add package BenchmarkDotNet
创建基准测试代码
using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Running;

namespace DotNetBenchmarks
{
    public class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            // 运行基准测试
            BenchmarkRunner.Run<MathOperations>();
        }
    }

    [MemoryDiagnoser] // 添加内存诊断功能
    public class MathOperations
    {
        [Benchmark]
        public int Add()
        {
            return 1 + 2;
        }

        [Benchmark]
        public int Multiply()
        {
            return 3 * 4;
        }
    }
}

运行基准测试
运行项目后，BenchmarkDotNet 会自动执行基准测试，并生成详细的性能报告。

1. 确保项目已正确安装 BenchmarkDotNet。
2. 在终端中运行项目：dotnet run -c Release
3. 等待测试完成，查看生成的报告。
   测量数据可以导出为不同的格式（md、html、csv、xml、json 等），包括绘图：

结果
// * Summary *

BenchmarkDotNet v0.14.0, Windows 11 (10.0.26100.3476)
Unknown processor
.NET SDK 9.0.200
[Host] : .NET 8.0.13 (8.0.1325.6609), X64 RyuJIT AVX2 [AttachedDebugger]
DefaultJob : .NET 8.0.13 (8.0.1325.6609), X64 RyuJIT AVX2

// * Warnings *
ZeroMeasurement
MathOperations.Add: Default -> The method duration is indistinguishable from the empty method duration
MathOperations.Multiply: Default -> The method duration is indistinguishable from the empty method duration
Environment
Summary -> Benchmark was executed with attached debugger

// * Legends *
Mean : Arithmetic mean of all measurements
Error : Half of 99.9% confidence interval
StdDev : Standard deviation of all measurements
Median : Value separating the higher half of all measurements (50th percentile)
Allocated : Allocated memory per single operation (managed only, inclusive, 1KB = 1024B)
1 ns : 1 Nanosecond (0.000000001 sec)

结果解读
测试环境：
BenchmarkDotNet 版本：v0.14.0。操作系统：Windows 11 (10.0.26100.3476)。处理器：未知。.NET SDK 版本：9.0.200。运行时环境：.NET 8.0.13 (8.0.1325.6609)，X64 RyuJIT AVX2。并且测试时附加了调试器。

1. Mean：方法的平均执行时间。
2. Error：99.9% 置信区间的误差范围。
3. StdDev：标准差，表示测试结果的波动范围。
4. Allocated：每次操作分配的内存量。
5. Warnings：警告信息，例如方法执行时间过短可能导致测量不准确。
   高级功能
   BenchmarkDotNet 提供了许多高级功能，适用于更复杂的基准测试场景：

多线程测试
通过 [SimpleJob] 属性配置多线程测试：

[SimpleJob(RuntimeMoniker.Net60, launchCount: 1, warmupCount: 2, targetCount: 5)]
public class MultiThreadedOperations
{
    [Benchmark]
    public void ParallelFor()
    {
        Parallel.For(0, 1000, i => { var x = i * i; });
    }
}

自定义参数
使用 [Params] 属性为基准测试提供动态输入：

public class ParameterizedBenchmark
{
    [Params(10, 100, 1000)]
    public int N;

    [Benchmark]
    public int Sum()
    {
        return Enumerable.Range(1, N).Sum();
    }
}

硬件信息
BenchmarkDotNet 会自动检测并显示测试环境的硬件信息，包括 CPU、内存等。