C# Academy · Lekcja

Benchmarki z BenchmarkDotNet

Pisz dokładne mikrobenchmarki za pomocą BenchmarkDotNet, analizuj przepustowość i alokacje oraz unikaj typowych pułapek.

Benchmarki z BenchmarkDotNet to bezpłatna lekcja C# Academy na CoddyKit. To lekcja 4 z 4. Możesz przeczytać całą lekcję poniżej za darmo — a potem ćwiczyć ją interaktywnie w przeglądarce z wbudowanym edytorem kodu i tutorem AI dostępnym 24/7. To część ścieżki edukacyjnej C# Academy, a Twój postęp synchronizuje się między webem a aplikacją CoddyKit. Kurs C# Academy zawiera 4 lekcji w sumie.

Dlaczego BenchmarkDotNet

Przeprowadzanie mikrotestów wydajnościowych jest zaskakująco trudne: rozgrzewanie JIT, pauzy GC, pamięć podręczna procesora i planowanie przez system operacyjny wprowadzają szum pomiarowy. BenchmarkDotNet automatycznie obsługuje wszystkie te kwestie i generuje wyniki wiarygodne statystycznie.

Instalacja i pierwszy test wydajnościowy

Należy dodać pakiet NuGet, utworzyć klasę z metodami [Benchmark] i uruchomić ją za pomocą BenchmarkRunner.Run. Testy wydajnościowe należy zawsze uruchamiać w trybie Release.

// dotnet add package BenchmarkDotNet

using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Running;

[MemoryDiagnoser]           // report allocations
[RankColumn]                // rank methods by speed
public class StringBenchmarks
{
    [Benchmark(Baseline = true)]
    public string Concatenation()
    {
        var s = "";
        for (int i = 0; i < 100; i++) s += i;
        return s;
    }

    [Benchmark]
    public string StringBuilder()
    {
        var sb = new System.Text.StringBuilder();
        for (int i = 0; i < 100; i++) sb.Append(i);
        return sb.ToString();
    }
}

// Program.cs (must run as Release):
BenchmarkRunner.Run<StringBenchmarks>();

Odczytywanie tabeli wyników

BenchmarkDotNet wyświetla tabelę wyników zawierającą średni czas, błąd, odchylenie standardowe, współczynnik oraz przydzieloną pamięć. Poniżej wyjaśniono sposób interpretacji poszczególnych kolumn.

// Example output:
// | Method        |     Mean |   Error |  StdDev | Ratio | Alloc |
// |-------------- |---------:|--------:|--------:|------:|------:|
// | Concatenation | 4,210 ns |  81 ns  |  76 ns  |  1.00 | 6.4KB |
// | StringBuilder |   312 ns |   4 ns  |   4 ns  |  0.07 | 1.6KB |

// Mean:  average time per operation
// Error: half of 99.9% confidence interval
// StdDev: standard deviation — high value = noisy environment
// Ratio: relative to Baseline=true method (1.00)
// Alloc: managed heap allocated per operation

// Rule of thumb:
// Error should be < 5% of Mean for reliable results
// Run on an isolated machine (no background tasks)

Testy wydajnościowe z parametrami

Za pomocą [Params] można uruchomić test wydajnościowy dla wielu rozmiarów danych wejściowych. BenchmarkDotNet uruchamia każdą kombinację i generuje osobny wiersz dla każdej wartości parametru.

[MemoryDiagnoser]
public class SearchBenchmarks
{
    [Params(10, 100, 1000, 10000)]
    public int N;

    private int[] _data = Array.Empty<int>();

    [GlobalSetup]
    public void Setup()
        => _data = Enumerable.Range(0, N).ToArray();

    [Benchmark]
    public bool LinearSearch()
        => Array.IndexOf(_data, N - 1) >= 0;

    [Benchmark]
    public bool BinarySearch()
        => Array.BinarySearch(_data, N - 1) >= 0;
}

Konfiguracja i czyszczenie

Należy używać atrybutów cyklu życia, aby uruchamiać jednorazową konfigurację lub konfigurację i czyszczenie przy każdej iteracji. Dzięki temu koszt konfiguracji nie jest uwzględniany w mierzonym czasie testu wydajnościowego.

[MemoryDiagnoser]
public class DbQueryBenchmarks
{
    private NpgsqlConnection _conn = null!;
    private NpgsqlCommand _cmd = null!;

    [GlobalSetup]              // runs once before all benchmarks
    public void Setup()
    {
        _conn = new NpgsqlConnection("...");
        _conn.Open();
        _cmd = new NpgsqlCommand("SELECT id FROM orders LIMIT 100", _conn);
    }

    [IterationSetup]           // runs before EACH benchmark iteration
    public void IterationSetup() { /* per-iteration prep */ }

    [Benchmark]
    public int QueryOrders() => (int)_cmd.ExecuteScalar()!;

    [GlobalCleanup]            // runs once after all benchmarks
    public void Cleanup() { _cmd.Dispose(); _conn.Dispose(); }
}

Diagnostyka pamięci

[MemoryDiagnoser] raportuje przydziały na stercie zarządzanej dla każdej operacji. Należy połączyć go z opcjami [GcForce], aby kontrolować działanie GC podczas testów wydajnościowych.

[MemoryDiagnoser]  // adds Alloc column to results
public class AllocationBenchmarks
{
    [Benchmark]
    public int[] AllocateArray() => new int[1000];

    [Benchmark]
    public Span<int> UseStackalloc()
    {
        Span<int> span = stackalloc int[1000];
        return span; // WARN: for illustration; don't return stackalloc
    }

    [Benchmark]
    public int[] ArrayPoolRent()
    {
        var arr = System.Buffers.ArrayPool<int>.Shared.Rent(1000);
        System.Buffers.ArrayPool<int>.Shared.Return(arr);
        return arr;
    }
}

Diagnostyka: ETW i kod asemblera

BenchmarkDotNet obsługuje wiele narzędzi diagnostycznych. DisassemblyDiagnoser pokazuje rzeczywisty wynik w postaci natywnego kodu asemblera, co doskonale nadaje się do weryfikowania optymalizacji JIT.

using BenchmarkDotNet.Diagnosers;

[DisassemblyDiagnoser(          // show generated ASM
    maxDepth: 2,
    printSource: true,
    exportGithubMarkdown: true)]
[MemoryDiagnoser]
public class VectorizationBenchmarks
{
    private float[] _data = new float[1024];

    [Benchmark]
    public float SumScalar()
    {
        float sum = 0;
        foreach (var v in _data) sum += v;
        return sum;
    }

    [Benchmark]
    public float SumVectorized()
        => System.Numerics.Vector<float>.Count > 1
            ? VectorSum(_data)
            : SumScalar();
}

Konfiguracje zadań

Zadania kontrolują środowisko wykonywania testów wydajnościowych — liczbę iteracji rozgrzewkowych, wywołań na iterację, wersję środowiska uruchomieniowego .NET oraz ustawienia JIT. Należy używać zadań predefiniowanych lub niestandardowych.

using BenchmarkDotNet.Jobs;

// Compare JIT vs Native AOT performance:
[SimpleJob(RuntimeMoniker.Net90)]    // .NET 9 JIT
[SimpleJob(RuntimeMoniker.NativeAot90)] // .NET 9 AOT
[MemoryDiagnoser]
public class RuntimeComparison
{
    [Benchmark]
    public string SerializeJson()
    {
        var obj = new { Name = "Alice", Age = 30 };
        return System.Text.Json.JsonSerializer.Serialize(obj);
    }
}

// Custom job for more warmup:
[Config(typeof(MyConfig))]
public class PreciseBenchmarks
{
    private class MyConfig : ManualConfig
    {
        public MyConfig()
            => AddJob(Job.Default.WithWarmupCount(5).WithIterationCount(20));
    }
}

Eksportowanie wyników

BenchmarkDotNet eksportuje wyniki w wielu formatach — Markdown (na potrzeby żądań PR w GitHubie), CSV (do arkuszy kalkulacyjnych), JSON oraz wykresy HTML. Opcje eksportu konfiguruje się w konfiguracji zadania.

using BenchmarkDotNet.Exporters;
using BenchmarkDotNet.Exporters.Csv;

[Config(typeof(ExportConfig))]
public class MyBenchmarks { /* ... */ }

public class ExportConfig : ManualConfig
{
    public ExportConfig()
    {
        AddExporter(MarkdownExporter.GitHub);
        AddExporter(CsvExporter.Default);
        AddExporter(HtmlExporter.Default);
        // Results in: BenchmarkDotNet.Artifacts/results/
    }
}

// CLI usage to run specific benchmarks:
// dotnet run -c Release -- --filter "*StringBenchmarks*"
// dotnet run -c Release -- --list all  (list all benchmarks)

Praktyczny przykład: optymalizacja przed i po zmianach

Użycie BenchmarkDotNet do zweryfikowania optymalizacji wydajności — porównanie podejścia naiwnego, puli obiektów i podejścia opartego na Span.

[MemoryDiagnoser]
[RankColumn]
public class ParsingBenchmarks
{
    private const string Input = "2025-06-15T08:30:00Z";

    [Benchmark(Baseline = true)]
    public DateTime ParseViaString()
        => DateTime.Parse(Input);

    [Benchmark]
    public DateTime ParseExact()
        => DateTime.ParseExact(Input,
            "yyyy-MM-ddTHH:mm:ssZ",
            System.Globalization.CultureInfo.InvariantCulture);

    [Benchmark]
    public bool TryParse()
        => DateTime.TryParseExact(Input.AsSpan(),
            "yyyy-MM-ddTHH:mm:ssZ",
            System.Globalization.CultureInfo.InvariantCulture,
            System.Globalization.DateTimeStyles.None,
            out _);
}

Szybkie sprawdzenie

Dlaczego testy wydajnościowe BenchmarkDotNet należy uruchamiać za pomocą dotnet run -c Release?

Podsumowanie: testy wydajnościowe z BenchmarkDotNet

Najważniejsze informacje:

Należy zainstalować za pomocą NuGet, oznaczyć metody atrybutem [Benchmark] i uruchomić za pomocą dotnet run -c Release
[MemoryDiagnoser]: dodaje kolumnę z przydziałami pamięci; [RankColumn]: szereguje wyniki według szybkości
[Params]: uruchamia testy dla wielu rozmiarów danych wejściowych, aby określić złożoność algorytmiczną
[GlobalSetup] / [GlobalCleanup]: jednorazowa konfiguracja i czyszczenie poza mierzonym czasem
[DisassemblyDiagnoser]: umożliwia sprawdzenie wygenerowanego natywnego kodu ASM w celu zweryfikowania optymalizacji JIT
Należy używać zadań do porównywania JIT platformy .NET 9 z Native AOT oraz różnych liczb iteracji

Często zadawane pytania

Czy lekcja „Benchmarki z BenchmarkDotNet” jest bezpłatna?

Tak — pełny tekst „Benchmarki z BenchmarkDotNet” jest dostępny za darmo tutaj w sieci. Aby ćwiczyć ją interaktywnie (wbudowany edytor kodu i tutor AI dostępny 24/7) i odblokować resztę kursu C# Academy, przejdź na CoddyKit PRO. Kurs C# Academy zawiera 4 lekcji w sumie.

Co nauczysz się w „Benchmarki z BenchmarkDotNet”?

Pisz dokładne mikrobenchmarki za pomocą BenchmarkDotNet, analizuj przepustowość i alokacje oraz unikaj typowych pułapek. Ćwiczysz C# Academy z praktycznym kodem, który uruchamiasz bezpośrednio w przeglądarce, a tutor AI dostępny 24/7 odpowiada na Twoje pytania podczas pracy nad lekcją.

Czy potrzebuję doświadczenia, aby zacząć C# Academy?

Nie wymagamy żadnego doświadczenia. C# Academy w CoddyKit jest strukturyzowany dla początkujących i zaawansowanych użytkowników, więc możesz zacząć tutaj lub od początku i uczyć się w swoim tempie. To lekcja 4 z 4.

Ile czasu zajmuje lekcja „Benchmarki z BenchmarkDotNet”?

Większość lekcji CoddyKit trwa około 5–10 minut. Każda lekcja to mały, interaktywny krok, dzięki czemu robisz systematyczne postępy i zawsze wracasz dokładnie do tego samego miejsca — na webie i w aplikacji.

Czy mogę pisać i uruchamiać kod w tej lekcji C# Academy?

Tak. Każda lekcja C# Academy zawiera wbudowany edytor kodu, więc piszesz i uruchamiasz prawdziwy kod bezpośrednio w przeglądarce i od razu otrzymujesz sprzężenie zwrotne od AI — bez konfiguracji na komputerze.

Wszystkie lekcje w tym kursie

← Powrót do C# Academy