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现代软件工程讲义 2 开发技术 - 效能分析

發(fā)布時(shí)間：2024/7/23 编程问答 36 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了现代软件工程讲义 2 开发技术 - 效能分析小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

[移山之道第九章]

9.4? VSTS 效能分析工具

啊，效能分析，Performance！這是每一個(gè)程序員都?jí)粝氲氖聝?#xff0c;讓自己的程序跑得又快又好，最好是比別的同學(xué)快一個(gè)數(shù)量級(jí)，別人的程序是O(N^2)，而我的程序是O(n*logN)，或者是O(N)，這是多爽的一項(xiàng)成就呀！VSTS提供了方便的效能分析工具，讓我們能很快地找到程序的效能瓶頸，從而能有的放矢，改進(jìn)程序。下面我們看一個(gè)具體的例子。

和同學(xué)們的作業(yè)類似，有這樣一道題：

寫一個(gè)程序，分析一個(gè)文本文件中各個(gè)詞出現(xiàn)的頻率，并且把頻率最高的10個(gè)詞打印出來(lái)。

果凍很快用C#寫好了程序，命名為WordFreq.exe，然后運(yùn)行了一下，驗(yàn)證了正確性，程序的基本框架如代碼清單9-3所示（全部程序可以在移山社區(qū)網(wǎng)站下載）：

代碼清單9-3? WordFreq程序，程序框架

DoIt()

{

??? ProcessFile()? //store all words in a big buffer

??? ProcessBuffer()? //calculate and store the frequency of each word

??? OutputResult()?? //output top 10

}

ProcessBuffer()

{

??? GetOneWord()?? //get one word from buffer

??? FreqOneWord()

}

FreqOneWord(word)

{

Find the word in the array list,

If (found)

??? Update the frequency

If (not found)

??? Add the word in the array list with frequency = 1

}

OutputResult()

{

ArrayList.Sort()?? //sort the array

Output Top 10 entry;

}

文本文件大約是30KB~300KB大小。在運(yùn)行效能分析之前，阿超讓大家預(yù)計(jì)占用時(shí)間最多的是什么函數(shù)，或者哪些語(yǔ)句。大家眾說(shuō)紛紜，有的說(shuō)是處理文件，因?yàn)?/span>I/O很花時(shí)間，有的說(shuō)是排序，有的說(shuō)是處理每個(gè)詞。還有人建議應(yīng)該把排序和處理每一個(gè)詞同時(shí)進(jìn)行，這樣就能加快速度。

我們看看到底會(huì)是什么情況。第一步，要確保編譯的程序是Release版本。然后在VS界面中選中Tools | Performance Tools | Performance Wizard（如圖9-1所示）。

圖9-1? 效能分析，選擇分析方法

我們看到可以選擇兩種分析方法：

（1）??????? 抽樣（Sampling）

（2）??????? 代碼注入（Instrumentation）

通俗地解釋，抽樣就是當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，Visual Studio時(shí)不時(shí)看一看這個(gè)程序運(yùn)行在哪一個(gè)函數(shù)內(nèi)，并記錄下來(lái)，程序結(jié)束后，Visual Studio就會(huì)得出一個(gè)關(guān)于程序運(yùn)行時(shí)間分布的大致的印象。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要改動(dòng)程序，運(yùn)行較快，可以很快地找到瓶頸。但是不能得出精確的數(shù)據(jù)，代碼中的調(diào)用關(guān)系（CallTree）也不能準(zhǔn)確表示。

另一方面，代碼注入就是將檢測(cè)的代碼加入到每一個(gè)函數(shù)中，這樣程序的一舉一動(dòng)都被記錄在案，程序的各個(gè)效能數(shù)據(jù)都可以被精準(zhǔn)地測(cè)量。這一方法的缺點(diǎn)是程序的運(yùn)行時(shí)間會(huì)大大加長(zhǎng)，還會(huì)產(chǎn)生很大的數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)分析的時(shí)間也相應(yīng)增加。同時(shí)，注入的代碼也影響了程序真實(shí)的運(yùn)行情況（這有點(diǎn)像量子物理學(xué)中的“測(cè)試的光線干擾了測(cè)試物體本身”的現(xiàn)象）。

我們一般的做法是，先用抽樣的方法找到效能瓶頸所在，然后對(duì)特定的模塊用代碼注入的方法進(jìn)行詳細(xì)分析。

對(duì)程序進(jìn)行效能分析，我們先要弄清下面這幾個(gè)名詞，如表9-1所示：

表9-1? 效能分析的名詞解釋

名? 詞	含? 義
調(diào)用者Caller	函數(shù)Foo()中調(diào)用了Bar()，Foo()就是調(diào)用者
被調(diào)用函數(shù)Callee	見(jiàn)上，Bar()就是被調(diào)用函數(shù)
調(diào)用關(guān)系樹(shù)Call Tree	從程序的Main()函數(shù)開(kāi)始，調(diào)用者和被調(diào)用函數(shù)就形成了一個(gè)樹(shù)形關(guān)系——調(diào)用樹(shù)
消逝時(shí)間Elapsed Time	從用戶的角度來(lái)看程序運(yùn)行所花的時(shí)間。當(dāng)用戶看到一個(gè)程序沒(méi)有反應(yīng)，用戶并不知道程序此時(shí)是在運(yùn)行自己的代碼，還是被調(diào)度出去了，或者操作系統(tǒng)此時(shí)正在忙別的事情
應(yīng)用程序時(shí)間Application Time	應(yīng)用程序占用CPU的時(shí)間，不包括CPU在核心態(tài)時(shí)花費(fèi)的時(shí)間

續(xù)表

名? 詞	含? 義
本函數(shù)時(shí)間Exclusive Time	所有在本函數(shù)花費(fèi)的時(shí)間，不包括被調(diào)用者使用的時(shí)間
所有時(shí)間Inclusive Time	包含本函數(shù)和所有調(diào)用者使用的時(shí)間

理解了上面的各種概念后，我們就不難理解“消逝的本函數(shù)時(shí)間（Elapsed Exclusive Time）”等其他組合名詞所代表的概念了。

我們先進(jìn)行抽樣分析，在效能瀏覽器（Performance Explorer）中開(kāi)始效能分析即可。

圖9-2是WordFreq程序處理一個(gè)30KB的文本文件時(shí)的情況：

圖9-2? 用抽樣的方法分析效能

大家可以看到最花時(shí)間的三個(gè)函數(shù)是：

WordFreq.Freq.FreqOneWord(string)

System.String.EqualsHelper(string,string)

System.Collections.ArrayList.get_Item(int32)

三個(gè)函數(shù)加起來(lái)占用了整個(gè)程序84%的時(shí)間。看來(lái)我們得分析為什么這三個(gè)函數(shù)會(huì)被調(diào)用得這么頻繁，開(kāi)銷這么大了。

我們現(xiàn)在可以進(jìn)行代碼注入的分析，同樣運(yùn)行程序后，我們看看圖9-3的調(diào)用樹(shù)（Call Tree）報(bào)告。

圖9-3? 代碼注入方法產(chǎn)生的效能報(bào)告

結(jié)合實(shí)際的代碼（見(jiàn)代碼清單9-4），可以看到在WordFreq. FreqOneWord函數(shù)中，究竟發(fā)生了什么：

代碼清單9-4? FreqOneWord()

??????? private void FreqOneWord(string w)

??????? {

??????????? // see if we have a match, if not, add it to the end,

??????????? // then assign it initial frequency 1;

??????????? // if yes, inc the frequency by 1

??????????? for (int i = 0; i < m_wordList.Count; i++)

??????????? {

??????????????? Frequency fi = (Frequency)m_wordList[i];

??????????????? if (fi.str == w)

??????????????? {

??????????????????? fi.n++;

??????????????????? return;

??????????????? }

??????????? }

??????????? //now we have to append it to the end.

??????????? Frequency f = new Frequency();

??????????? f.str = w;

??????????? f.n = 1;

??????????? m_wordList.Add(f);

??????? }

我們可以清楚地看到：

WordFreq.Freq.FreqOneWord(string)被調(diào)用了8 150次，說(shuō)明有8 150個(gè)詞被處理了。但是，System.Collections.ArrayList.Add(object)被調(diào)用了1 112次，說(shuō)明有1 112個(gè)不同的詞被加入到ArrayList中。下面三個(gè)函數(shù)被調(diào)用的次數(shù)相似，它們都花了很多的時(shí)間。

System.Collections.ArrayList.get_Count()

System.Collections.ArrayList.get_Item(int32)

System.String.op_Equality(string,string)

果凍：（大叫起來(lái)）當(dāng)我寫這一個(gè)語(yǔ)句的時(shí)候

????? for (int i = 0; i < m_wordList.Count; i++)

沒(méi)想到m_wordList.Count，也就是ArrayList.GetCount()，會(huì)花這么多時(shí)間，累計(jì)被調(diào)用了1631884次！

我可以馬上把代碼改成：

??????????? int count = m_wordList.Count;

for (int i = 0; i < count; i++)

這樣會(huì)如何？大家等了一會(huì)兒，代碼分析的結(jié)果出來(lái)了（如圖9-4所示）：

圖9-4? 改進(jìn)過(guò)的程序效能分析圖

可以看到System.Collections.ArrayList.get_Count()的調(diào)用次數(shù)和時(shí)間都大幅度地下降了。

我們可以繼續(xù)進(jìn)行“效能測(cè)試，分析，改進(jìn)，再效能測(cè)試”的流程，逐漸提高程序的效能和我們的編程水平。

大家也要注意避免沒(méi)有做分析就過(guò)早地進(jìn)行“效能提高”，剛才有人提到我們可能要提高排序的性能，但是從圖9-4來(lái)看，System.Collections. ArrayList.Sort()只占了FreqOneWord()不到1/50的時(shí)間，如果我們不經(jīng)分析就盲目?jī)?yōu)化，也許會(huì)事倍功半。

9.5? 本章討論

果凍：噫吁唏，危乎高哉！我以前一直害怕做效能分析，看來(lái)是否會(huì)用效能分析工具來(lái)提高程序質(zhì)量是一個(gè)優(yōu)秀程序員的標(biāo)志之一。我在今天之前都是盲人騎瞎馬。

小飛：改成盲人摸象更恰當(dāng)。我聽(tīng)說(shuō)，如果一個(gè)程序員從來(lái)沒(méi)有用過(guò)效能分析工具，那他就不是一個(gè)程序員，只是一個(gè)編程愛(ài)好者罷了。

我的WC 程序事實(shí)上是最快的。但是在今天的程序評(píng)比之前，我想更進(jìn)一步，就再優(yōu)化了一下，估計(jì)能把速度提高2%。沒(méi)想到出了一個(gè)小錯(cuò)誤，導(dǎo)致報(bào)告的結(jié)果（行數(shù)、詞數(shù)、字?jǐn)?shù)）僅僅差了1。由于程序不正確，因此不能參加速度評(píng)比。我才是最需要大喊“噫吁唏”的人。

阿超：這有兩個(gè)教訓(xùn)：

（1）先保證正確性，再提高效能。一個(gè)“僅僅差了1”的錯(cuò)誤可能會(huì)導(dǎo)致緩沖區(qū)溢出（Buffer Overflow）的嚴(yán)重漏洞。

（2）如果效能的提高效果在5%以下，用戶不會(huì)注意到程序效能的區(qū)別。所以要考慮那些微小的提高是否值得。

另外，WordFreq算法的時(shí)間復(fù)雜度是多少，能否再優(yōu)化？請(qǐng)寫實(shí)際程序加以驗(yàn)證。

荔荔：怎么才能快捷地得到有適量重復(fù)文字的文件，來(lái)幫助我們進(jìn)行測(cè)試和效能分析？

九條：我是這樣做的，在電腦的根目錄下，運(yùn)行“dir /s > c:\temp\test.txt”命令。

阿超：好主意，大家還有沒(méi)有別的辦法？

VS2012:

Visual Studio 2012 提供了更好的效能測(cè)試的功能, 請(qǐng)看這些博客:

　　http://www.cnblogs.com/smart-code/archive/2012/09/23/2699053.html?

　　http://www.cnblogs.com/Gun-N-Rose/archive/2012/09/23/2699220.html?

　　http://www.cnblogs.com/bigbadwolf/archive/2012/09/24/2699438.html??

　　http://www.cnblogs.com/Gun-N-Rose/archive/2012/09/24/2699804.html?

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的现代软件工程讲义 2 开发技术 - 效能分析的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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