c# - 编译的 C# lambda 表达式性能与叠层

Question

考虑这个类:

/// <summary>
/// Dummy implementation of a parser for the purpose of the test
/// </summary>
class Parser
{
    public List<T> ReadList<T>(Func<T> readFunctor)
    {
        return Enumerable.Range(0, 10).Select(i => readFunctor()).ToList();
    }

    public int ReadInt32()
    {
        return 12;
    }

    public string ReadString()
    {
        return "string";
    }
}

我尝试使用已编译的 lambda 表达式树生成以下调用:

Parser parser = new Parser();
List<int> list = parser.ReadList(parser.ReadInt32);

然而，性能并不完全相同......

class Program
{
    private const int MAX = 1000000;

    static void Main(string[] args)
    {
        DirectCall();
        LambdaCall();
        CompiledLambdaCall();
    }

    static void DirectCall()
    {
        Parser parser = new Parser();
        var sw = new Stopwatch();
        sw.Start();
        for (int i = 0; i < MAX; i++)
        {
            List<int> list = parser.ReadList(parser.ReadInt32);
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("Direct call: {0} ms", sw.ElapsedMilliseconds);
    }

    static void LambdaCall()
    {
        Parser parser = new Parser();
        var sw = new Stopwatch();
        sw.Start();
        for (int i = 0; i < MAX; i++)
        {
            List<int> list = parser.ReadList(() => parser.ReadInt32());
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("Lambda call: {0} ms", sw.ElapsedMilliseconds);
    }

    static void CompiledLambdaCall()
    {
        var parserParameter = Expression.Parameter(typeof(Parser), "parser");

        var lambda = Expression.Lambda<Func<Parser, List<int>>>(
            Expression.Call(
                parserParameter,
                typeof(Parser).GetMethod("ReadList").MakeGenericMethod(typeof(int)),
                Expression.Lambda(
                    typeof(Func<int>),
                    Expression.Call(
                        parserParameter,
                        typeof(Parser).GetMethod("ReadInt32")))),
            parserParameter);
        Func<Parser, List<int>> func = lambda.Compile();

        Parser parser = new Parser();
        var sw = new Stopwatch();
        sw.Start();
        for (int i = 0; i < MAX; i++)
        {
            List<int> list = func(parser);
        }
        sw.Stop();
        Console.WriteLine("Compiled lambda call: {0} ms", sw.ElapsedMilliseconds);
    }
}

这些是我电脑上以毫秒为单位的结果:

Direct call:          647 ms
Lambda call:          641 ms
Compiled lambda call: 5861 ms

我不明白为什么编译后的 lambda 调用这么慢。

我忘了说我的测试是在启用“优化代码”选项的 Release模式下运行的。

更新:将基于DateTime.Now 的基准测试更改为Stopwatch。

有谁知道如何调整 lambda 表达式以在已编译的 lambda 调用中获得更好的性能？

Answer 1

测试无效有两个原因:

DateTime.Now 不够准确，无法进行微基准测试。

改用 Stopwatch 类。当我这样做时，我得到以下结果(使用 MAX = 100000)，以毫秒为单位:

Lambda call: 86.3196
Direct call: 74.057
Compiled lambda call: 814.2178

事实上，“直接调用”比“lambda 调用”更快，这是有道理的 - “直接调用”涉及调用委托(delegate)，该委托(delegate)直接指向 Parser 对象上的方法. “lambda 调用”需要调用一个委托(delegate)，该委托(delegate)引用编译器生成的闭包对象上的方法，该对象又调用 Parser 对象上的方法。这种额外的间接引入了一个小的减速带。

---

“编译的 lambda 调用”与“Lambda 调用”不同

“Lambda”看起来像这样:

() => parser.ReadInt32()

而“已编译的 lambda”看起来像这样:

parser => parser.ReadList(() => parser.ReadInt32())

其中有一个额外的步骤:为内部 lambda 创建嵌入式委托(delegate)。在紧密循环中，这是昂贵的。

编辑:

我继续检查“lambda”与“编译的 lambda”的 IL，并将它们反编译回“更简单的”C#(参见:Viewing the IL code generated from a compiled expression)。

对于“未编译”的 lambda，它看起来像这样:

for (int i = 0; i < 100000; i++)
{
    if (CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1 == null)
    {
        CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1 = new Func<int>(CS$<>8__locals3.<LambdaCall>b__0);
    }

    CS$<>8__locals3.parser.ReadList<int>(CS$<>9__CachedAnonymousMethodDelegate1);
}

请注意，单个委托(delegate)创建一次并缓存。

而对于“已编译的 lambda”，它看起来像这样:

Func<Parser, List<int>> func = lambda.Compile();
Parser parser = new Parser();
for (int i = 0; i < 100000; i++)
{
    func(parser);
}

委托(delegate)的目标是:

public static List<int> Foo(Parser parser)
{
    object[] objArray = new object[] { new StrongBox<Parser>(parser) };
    return ((StrongBox<Parser>) objArray[0]).Value.ReadList<int>
      (new Func<int>(dyn_type.<ExpressionCompilerImplementationDetails>{1}lambda_method));
}

请注意，虽然“外部”委托(delegate)只创建一次并缓存，但在循环的每次迭代中都会创建一个新的“内部”委托(delegate)。更不用说 object 数组和 StrongBox<T> 实例的其他分配。