Boxing и unboxing — что быстрее?

в 8:21, , рубрики: .net, benchmark, C#

image

Заинтересовавшись вопросом скорости работы операций упаковки и распаковки в .NET решил опубликовать свои небольшие и крайне субъективные наблюдения и измерения по этой теме.

Код примера доступен на github, поэтому приглашаю всех желающих сообщить о своих результатах измерений в комментариях.

Теория

Операция упаковки boxing характеризуется выделением памяти в управляемой куче (managed heap) под объект value type и дальнейшее присваивание указателя на этот участок памяти переменной в стеке.

Распаковка unboxing, напротив, выделяет память в стеке выполнения под объект, полученный из управляемой кучи с помощью указателя.

Казалось бы, в обоих случаях выделяется память и особой разницы быть не должно, если бы не одно но- крайне важной деталью является область памяти. Вспоминая про то, что за выделение памяти в .NET в управляемой куче отвечает сборщик мусора (Garbage Collector) важно отметить, что делает он это нелинейно, ввиду возможной её фрагментации (наличия свободных участков памяти) и поиска необходимого свободного участка требуемого размера.

В случае же с распаковкой, память выделяется в стеке выполнения, который содержит указатель на свой конец, по совместительству являющийся началом участка памяти под новый объект.

Вывод из этого я делаю такой, что процесс упаковки должен занимать значительно больше времени, чем распаковки, ввиду возможных side effects связанных с GC и медленной скоростью выделения памяти в managed heap.

Практика

Для проверки этого утверждения я набросал 4 небольшие функции: 2 для boxing и 2 для unboxing типов int и struct.

public class BoxingUnboxingBenchmark {
    private long LoopCount = 1000000;

    private object BoxedInt = 1;

    private object BoxedStruct = new ExampleStruct {
        Amount = 1000,
        Currency = "RUB"
    };

    [Benchmark]
    public object BoxingInt() {
        int unboxed = 1000;
        for (var i = 0; i < LoopCount; i++) {
            BoxedInt = (object) unboxed;
        }
        return BoxedInt;
    }

    [Benchmark]
    public int UnboxingInt() {
        int unboxed = 1000;
        for (var i = 0; i < LoopCount; i++) {
            unboxed = (int)BoxedInt;
        }
        return unboxed;
    }

    [Benchmark]
    public object BoxingStruct() {
        ExampleStruct unboxed = new ExampleStruct()
        {
            Amount = 1000,
            Currency = "RUB"
        };
        for (var i = 0; i < LoopCount; i++) {
            BoxedStruct = (object) unboxed;
        }
        return BoxedStruct;
    }

    [Benchmark]
    public ExampleStruct UnBoxingStruct() {
        ExampleStruct unboxed = new ExampleStruct();
        for (var i = 0; i < LoopCount; i++) {
            unboxed = (ExampleStruct) BoxedStruct;
        }
        return unboxed;
    }
}

Для замера производительности была использована библиотека BenchmarkDotNet в режиме Release (буду рад если DreamWalker подскажет, каким образом сделать данные замеры более объективными). Далее представлен результат измерений:

image

image

Сразу оговорюсь, что не могу быть твёрдо уверен в отсутствии оптимизаций компилятором итогового кода, однако, судя по IL коду, каждая из функций содержит проверяемую операцию в единственном числе.

Измерения проводились на нескольких машинах с разным кол-вом LoopCount, однако, скорость распаковки из раза в раз превосходила упаковку в 3-8 раз.

Пример IL кода для упаковки int

.method public hidebysig instance object
BoxingInt() cil managed
{
.custom instance void [BenchmarkDotNet.Core]BenchmarkDotNet.Attributes.BenchmarkAttribute::.ctor() = ( 01 00 00 00 )
// Code size 43 (0x2b)
.maxstack 2
.locals init ([0] int32 unboxed,
[1] int32 i)
IL_0000: ldc.i4 0x3e8
IL_0005: stloc.0
IL_0006: ldc.i4.0
IL_0007: stloc.1
IL_0008: br.s IL_001a
IL_000a: ldarg.0
IL_000b: ldloc.0
IL_000c: box [mscorlib]System.Int32
IL_0011: stfld object ConsoleApp1.BoxingUnboxingBenchmark::BoxedInt
IL_0016: ldloc.1
IL_0017: ldc.i4.1
IL_0018: add
IL_0019: stloc.1
IL_001a: ldloc.1
IL_001b: conv.i8
IL_001c: ldarg.0
IL_001d: ldfld int64 ConsoleApp1.BoxingUnboxingBenchmark::LoopCount
IL_0022: blt.s IL_000a
IL_0024: ldarg.0
IL_0025: ldfld object ConsoleApp1.BoxingUnboxingBenchmark::BoxedInt
IL_002a: ret
} // end of method BoxingUnboxingBenchmark::BoxingInt
Пример IL кода для распаковки struct

.method public hidebysig instance valuetype ConsoleApp1.ExampleStruct
UnBoxingStruct() cil managed
{
.custom instance void [BenchmarkDotNet.Core]BenchmarkDotNet.Attributes.BenchmarkAttribute::.ctor() = ( 01 00 00 00 )
// Code size 40 (0x28)
.maxstack 2
.locals init ([0] valuetype ConsoleApp1.ExampleStruct unboxed,
[1] int32 i)
IL_0000: ldloca.s unboxed
IL_0002: initobj ConsoleApp1.ExampleStruct
IL_0008: ldc.i4.0
IL_0009: stloc.1
IL_000a: br.s IL_001c
IL_000c: ldarg.0
IL_000d: ldfld object ConsoleApp1.BoxingUnboxingBenchmark::BoxedStruct
IL_0012: unbox.any ConsoleApp1.ExampleStruct
IL_0017: stloc.0
IL_0018: ldloc.1
IL_0019: ldc.i4.1
IL_001a: add
IL_001b: stloc.1
IL_001c: ldloc.1
IL_001d: conv.i8
IL_001e: ldarg.0
IL_001f: ldfld int64 ConsoleApp1.BoxingUnboxingBenchmark::LoopCount
IL_0024: blt.s IL_000c
IL_0026: ldloc.0
IL_0027: ret
} // end of method BoxingUnboxingBenchmark::UnBoxingStruct

Автор: fsou11

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля