C#深拷貝方法探究及效能比較(多種深拷貝)

2022-04-16 13:00:22

之前學習了設計模式原型模式，在原型模式中就提到了物件的深拷貝。深拷貝指的是拷貝一個物件時，不僅僅把物件的參照進行復制，還把該物件參照的值也一起拷貝。與淺拷貝不同的就是，深拷貝後的拷貝物件就和源物件互相獨立，其中任何一個物件的改動都不會對另外一個物件造成影響。

在查詢資料之後，探究了以下幾種C#物件深拷貝方式，同時簡單對比了以下列出的幾種深拷貝方式的速度（簡單測試，僅測試物件深拷貝速度，不考慮效能影響）。

測試平臺：Intel 9700K+DDR4 3600 32G，框架為.NET 5.0。測試方式為建立100萬次，比較執行時間。拷貝的物件如下：

[Serializable]
class UserInfo
    {
        public string Name { get; set; }

        public string UserId { get; set; }

        public int Age { get; set; }

        public string Address { get; set; }

        public long UpdateTime { get; set; }

        public long CreateTime { get; set; }
    }

1、手寫建立物件

簡單物件建立，不考慮有建構函式的情況。

NewUserInfo newInfo = new NewUserInfo()
{
    Name = info.Name,
    Age = info.Age,
    UserId = info.UserId,
    Address = info.Address,
    UpdateTime = info.UpdateTime,
    CreateTime = info.CreateTime,
};

100萬次執行時間為39.4073ms，位居第一。當然，在這種不考慮建構函式的情況下，手寫建立肯定是最快的。但是同時，如果遇到複雜物件，程式碼量也是最多的。

2、反射

這也是在日常程式碼中最常用的方式之一。

private static TOut TransReflection<TIn, TOut>(TIn tIn)
{
    TOut tOut = Activator.CreateInstance<TOut>();
    var tInType = tIn.GetType();
    foreach (var itemOut in tOut.GetType().GetProperties())
    {
        var itemIn = tInType.GetProperty(itemOut.Name); ;
        if (itemIn != null)
        {
            itemOut.SetValue(tOut, itemIn.GetValue(tIn));
        }
    }
    return tOut;
}

呼叫

NewUserInfo newInfo = TransReflection<UserInfo, NewUserInfo>(info);

100萬次執行時間為1618.4662ms，平均執行時間為0.001618，看起來還行。

3、Json字串序列化

使用System.Text.Json作為序列化和反序列化工具。

UserInfo newInfo = JsonSerializer.Deserialize<UserInfo>(JsonSerializer.Serialize(info));

100萬次執行時間為2222.2078ms，比反射慢一點點。

4、物件二進位制序列化

首先不推薦使用這種方式，一是BinaryFormatter.Serialize微軟已不推薦使用（據微軟官網檔案說是有漏洞，具體有什麼漏洞沒細究），二是必須在要序列化的物件上面寫上Serializable的關鍵字，三是速度並不理想。

private static TOut ObjectMemoryConvert<TIn, TOut>(TIn tIn)
{
    using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
    {
        BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
        formatter.Serialize(ms, tIn);
        ms.Position = 0;
        return (TOut)formatter.Deserialize(ms);
    }
}

100萬次執行時間為8545.9835ms，講道理應該是比Json序列化要更快的，但是實際上慢了許多。

5、AutoMapper

熟悉的AutoMapper，效能也沒有讓我們失望。

//迴圈外建立MapperConfig
var config = new MapperConfiguration(cfg => cfg.CreateMap<UserInfo, UserInfo>());
var mapper = config.CreateMapper();

//迴圈內呼叫
UserInfo newInfo = mapper.Map<UserInfo>(info);

100萬次執行時間為267.5073ms，位居第三。

6、表示式樹

重頭戲來了，此處程式碼來源於文首中的部落格中，效能讓人大吃一驚。其原理是反射和表示式樹相結合，先用反射獲取欄位然後快取起來，再用表示式樹賦值。

public static class TransExp<TIn, TOut>
{
    private static readonly Func<TIn, TOut> cache = GetFunc();
    private static Func<TIn, TOut> GetFunc()
    {
        ParameterExpression parameterExpression = Expression.Parameter(typeof(TIn), "p");
        List<MemberBinding> memberBindingList = new List<MemberBinding>();

        foreach (var item in typeof(TOut).GetProperties())
        {
            if (!item.CanWrite) continue;
            MemberExpression property = Expression.Property(parameterExpression, typeof(TIn).GetProperty(item.Name));
            MemberBinding memberBinding = Expression.Bind(item, property);
            memberBindingList.Add(memberBinding);
        }

        MemberInitExpression memberInitExpression = Expression.MemberInit(Expression.New(typeof(TOut)), memberBindingList.ToArray());
        Expression<Func<TIn, TOut>> lambda = Expression.Lambda<Func<TIn, TOut>>(memberInitExpression, new ParameterExpression[] { parameterExpression });

        return lambda.Compile();
    }

    public static TOut Trans(TIn tIn)
    {
        return cache(tIn);
    }
}

呼叫

UserInfo newInfo = TransExp<UserInfo, UserInfo>.Trans(info);

100萬次執行時間為77.3653ms，位居第二。僅比手寫慢一點點。

簡單整理成柱狀圖，可以很清晰的對比出這幾種深拷貝方式之間的速度差距。總結來說就是，一般簡單的物件深拷貝，推薦直接手寫，複雜物件深拷貝，推薦使用表示式樹。當然，如果建立物件中還涉及到建構函式初始化，那又是不同的情況，這裡暫不討論。

附上本次測試用的完整程式碼。

using AutoMapper;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.IO;
using System.Linq.Expressions;
using System.Runtime.Serialization;
using System.Runtime.Serialization.Formatters.Binary;
using System.Text.Json;
using System.Threading.Tasks;

namespace TestObjectDeepCopy
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            UserInfo info = new UserInfo()
            {
                Name = "張三",
                Age = 18,
                UserId = Guid.NewGuid().ToString("N"),
                Address = "銀河系地球中國",
                UpdateTime = 1615888888,
                CreateTime = 1615895454,
            };

            var config = new MapperConfiguration(cfg => cfg.CreateMap<UserInfo, UserInfo>());
            var mapper = config.CreateMapper();

            int count = 1000000;
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            sw.Start();

            for (int i = -0; i < count; i++)
            {
                //手寫 39.4073ms
                //UserInfo newInfo = new UserInfo()
                //{
                //    Name = info.Name,
                //    Age = info.Age,
                //    UserId = info.UserId,
                //    Address = info.Address,
                //    UpdateTime = info.UpdateTime,
                //    CreateTime = info.CreateTime,
                //};

                //反射 1618.4662ms
                //UserInfo newInfo = TransReflection<UserInfo, UserInfo>(info);

                //Json字串序列化 2222.2078ms
                //UserInfo newInfo = JsonSerializer.Deserialize<UserInfo>(JsonSerializer.Serialize(info));

                //物件二進位制序列化 8545.9835ms
                //UserInfo newInfo = ObjectMemoryConvert<UserInfo, UserInfo>(info);

                //表示式樹 77.3653ms
                //UserInfo newInfo = TransExp<UserInfo, UserInfo>.Trans(info);

                //AutoMapper 267.5073ms
                //UserInfo newInfo = mapper.Map<UserInfo>(info);
            }

            Console.WriteLine("總共花費{0}ms.", sw.Elapsed.TotalMilliseconds);
            sw.Stop();

            Console.ReadKey();
        }

        private static TOut TransReflection<TIn, TOut>(TIn tIn)
        {
            TOut tOut = Activator.CreateInstance<TOut>();
            var tInType = tIn.GetType();
            foreach (var itemOut in tOut.GetType().GetProperties())
            {
                var itemIn = tInType.GetProperty(itemOut.Name); ;
                if (itemIn != null)
                {
                    itemOut.SetValue(tOut, itemIn.GetValue(tIn));
                }
            }
            return tOut;
        }

        private static TOut ObjectMemoryConvert<TIn, TOut>(TIn tIn)
        {
            using (MemoryStream ms = new MemoryStream())
            {
                BinaryFormatter formatter = new BinaryFormatter();
                formatter.Serialize(ms, tIn);
                ms.Position = 0;
                return (TOut)formatter.Deserialize(ms);
            }
        }
    }

    public static class TransExp<TIn, TOut>
    {
        private static readonly Func<TIn, TOut> cache = GetFunc();
        private static Func<TIn, TOut> GetFunc()
        {
            ParameterExpression parameterExpression = Expression.Parameter(typeof(TIn), "p");
            List<MemberBinding> memberBindingList = new List<MemberBinding>();

            foreach (var item in typeof(TOut).GetProperties())
            {
                if (!item.CanWrite) continue;
                MemberExpression property = Expression.Property(parameterExpression, typeof(TIn).GetProperty(item.Name));
                MemberBinding memberBinding = Expression.Bind(item, property);
                memberBindingList.Add(memberBinding);
            }

            MemberInitExpression memberInitExpression = Expression.MemberInit(Expression.New(typeof(TOut)), memberBindingList.ToArray());
            Expression<Func<TIn, TOut>> lambda = Expression.Lambda<Func<TIn, TOut>>(memberInitExpression, new ParameterExpression[] { parameterExpression });

            return lambda.Compile();
        }

        public static TOut Trans(TIn tIn)
        {
            return cache(tIn);
        }
    }

    [Serializable]
    class UserInfo
    {
        public string Name { get; set; }

        public string UserId { get; set; }

        public int Age { get; set; }

        public string Address { get; set; }

        public long UpdateTime { get; set; }

        public long CreateTime { get; set; }
    }
}

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