现代软件工程讲义 2 开发技术 - 效能分析

9.4  VSTS 效能分析工具

啊，效能分析，Performance！这是每个程序员都梦想的事儿，让本身的程序跑得又快又好，最好是比别的同窗快一个数量级，别人的程序是O(N^2)，而个人程序是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，让咱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。下面咱们看一个具体的例子。

和同窗们的做业相似，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，而且把频率最高的10个词打印出来。

 

果冻很快用C#写好了程序，命名为WordFreq.exe，而后运行了一下，验证了正确性，程序的基本框架如代码清单9-3所示（所有程序能够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。在运行效能分析以前，阿超让你们预计占用时间最多的是什么函数，或者哪些语句。你们众说纷纭，有的说是处理文件，由于I/O很花时间，有的说是排序，有的说是处理每一个词。还有人建议应该把排序和处理每个词同时进行，这样就能加快速度。

咱们看看到底会是什么状况。第一步，要确保编译的程序是Release版本。而后在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

咱们看到能够选择两种分析方法：

（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体的印象。这种方法的优势是不须要改动程序，运行较快，能够很快地找到瓶颈。可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。

另外一方面，代码注入就是将检测的代码加入到每个函数中，这样程序的一举一动都被记录在案，程序的各个效能数据均可以被精准地测量。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长。同时，注入的代码也影响了程序真实的运行状况（这有点像量子物理学中的“测试的光线干扰了测试物体自己”的现象）。

咱们通常的作法是，先用抽样的方法找到效能瓶颈所在，而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，咱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

名  词	含  义
调用者Caller	函数Foo()中调用了Bar()，Foo()就是调用者
被调用函数Callee	见上，Bar()就是被调用函数
调用关系树Call Tree	从程序的Main()函数开始，调用者和被调用函数就造成了一个树形关系——调用树
消逝时间Elapsed Time	从用户的角度来看程序运行所花的时间。当用户看到一个程序没有反应，用户并不知道程序此时是在运行本身的代码，仍是被调度出去了，或者操做系统此时正在忙别的事情
应用程序时间Application Time	应用程序占用CPU的时间，不包括CPU在核心态时花费的时间

 

续表

名  词	含  义
本函数时间Exclusive Time	全部在本函数花费的时间，不包括被调用者使用的时间
全部时间Inclusive Time	包含本函数和全部调用者使用的时间

理解了上面的各类概念后，咱们就不难理解“消逝的本函数时间（Elapsed Exclusive Time）”等其余组合名词所表明的概念了。

咱们先进行抽样分析，在效能浏览器（Performance Explorer）中开始效能分析便可。

图9-2是WordFreq程序处理一个30KB的文本文件时的状况：

图9-2  用抽样的方法分析效能

你们能够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。看来咱们得分析为何这三个函数会被调用得这么频繁，开销这么大了。

我们如今能够进行代码注入的分析，一样运行程序后，咱们看看图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），能够看到在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);
        }