现代软件工程讲义 2 开发技术 - 效能分析

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9.4  VSTS 效能分析工具

啊，效能分析，Performance！这是每一个程序员都梦想的事儿，让自己的程序跑得又快又好，最好是比别的同学快一个数量级，别人的程序是O(N^2)，而我的程序是O(n*logN)，或者是O(N)，这是多爽的一项成就呀！VSTS提供了方便的效能分析工具，让我们能很快地找到程序的效能瓶颈，从而能有的放矢，改进程序。下面我们看一个具体的例子。

和同学们的作业类似，有这样一道题：

写一个程序，分析一个文本文件中各个词出现的频率，并且把频率最高的10个词打印出来。

果冻很快用C#写好了程序，命名为WordFreq.exe，然后运行了一下，验证了正确性，程序的基本框架如代码清单9-3所示（全部程序可以在移山社区网站下载）：

代码清单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;
}

文本文件大约是30KB~300KB大小。在运行效能分析之前，阿超让大家预计占用时间最多的是什么函数，或者哪些语句。大家众说纷纭，有的说是处理文件，因为I/O很花时间，有的说是排序，有的说是处理每个词。还有人建议应该把排序和处理每一个词同时进行，这样就能加快速度。

我们看看到底会是什么情况。第一步，要确保编译的程序是Release版本。然后在VS界面中选中Tools | Performance Tools | Performance Wizard（如图9-1所示）。

图9-1  效能分析，选择分析方法

我们看到可以选择两种分析方法：

（1）        抽样（Sampling）

（2）        代码注入（Instrumentation）

通俗地解释，抽样就是当程序运行时，Visual Studio时不时看一看这个程序运行在哪一个函数内，并记录下来，程序结束后，Visual Studio就会得出一个关于程序运行时间分布的大致的印象。这种方法的优点是不需要改动程序，运行较快，可以很快地找到瓶颈。但是不能得出精确的数据，代码中的调用关系（CallTree）也不能准确表示。

另一方面，代码注入就是将检测的代码加入到每一个函数中，这样程序的一举一动都被记录在案，程序的各个效能数据都可以被精准地测量。这一方法的缺点是程序的运行时间会大大加长，还会产生很大的数据文件，数据分析的时间也相应增加。同时，注入的代码也影响了程序真实的运行情况（这有点像量子物理学中的“测试的光线干扰了测试物体本身”的现象）。

我们一般的做法是，先用抽样的方法找到效能瓶颈所在，然后对特定的模块用代码注入的方法进行详细分析。

对程序进行效能分析，我们先要弄清下面这几个名词，如表9-1所示：

表9-1  效能分析的名词解释

续表

理解了上面的各种概念后，我们就不难理解“消逝的本函数时间（Elapsed Exclusive Time）”等其他组合名词所代表的概念了。

我们先进行抽样分析，在效能浏览器（Performance Explorer）中开始效能分析即可。

图9-2是WordFreq程序处理一个30KB的文本文件时的情况：

图9-2  用抽样的方法分析效能

大家可以看到最花时间的三个函数是：

WordFreq.Freq.FreqOneWord(string)

System.String.EqualsHelper(string,string)

System.Collections.ArrayList.get_Item(int32)

三个函数加起来占用了整个程序84%的时间。看来我们得分析为什么这三个函数会被调用得这么频繁，开销这么大了。

我们现在可以进行代码注入的分析，同样运行程序后，我们看看图9-3的调用树（Call Tree）报告。

图9-3  代码注入方法产生的效能报告

结合实际的代码（见代码清单9-4），可以看到在WordFreq. FreqOneWord函数中，究竟发生了什么：

代码清单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);
        }

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