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.NET9 实现对象深拷贝和浅拷贝的性能测试

ops 2025/7/14 6:21:52

在 .NET 中，深拷贝（Deep Copy） 和 浅拷贝（Shallow Copy） 是对象复制的两种方式，它们的区别在于是否复制对象内部引用的其他对象。

浅拷贝（Shallow Copy）

定义：

浅拷贝创建一个新对象，并将原对象的所有字段复制到新对象中。如果是值类型字段，直接复制其值；如果是引用类型字段，则只复制引用地址（指针），而不复制引用的对象本身。

特点：
  • 原始对象与副本共享引用类型的成员。
  • 修改其中一个对象的引用成员会影响另一个对象。
  • 通常速度快、开销小。
实现方式：
  • 使用 MemberwiseClone() 方法实现浅拷贝。
示例代码：
public object ShallowCopy()
{return this.MemberwiseClone();
}
图示说明：
OriginalPerson.Address ───┐├─ 指向同一个 Address 对象
CopyPerson.Address   ─────┘

深拷贝（Deep Copy）

定义：

深拷贝不仅复制对象本身，还会递归地复制对象所引用的其他对象，生成一个完全独立的副本。

特点：
  • 原始对象和副本之间没有共享的引用对象。
  • 修改副本不会影响原始对象。
  • 通常比浅拷贝更耗性能。
实现方式：
  1. 手动实现：为每个引用类型字段创建新实例。
  2. 序列化反序列化（如 System.Text.Json, Newtonsoft.Json 等）。
  3. 表达式树或反射生成器（如：第三方包 DeepCloner，FastDeepCloner 等）。
示例代码
  • 使用 JSON 序列化：
public Person DeepCopy()
{var json = JsonSerializer.Serialize(this);return JsonSerializer.Deserialize<Person>(json)!;
}
图示说明：
OriginalPerson.Address ───┐├─ 指向不同的 Address 对象（内容相同）
CopyPerson.Address   ─────┘

总结对比

特性浅拷贝深拷贝
引用对象复制不复制，仅复制引用复制，生成新对象
内存占用小大
性能快较慢
修改互不影响否（修改引用对象会互相影响）是（完全独立）
典型实现方法MemberwiseClone()序列化、手动复制、第三方库

对象设计

设计一个 Person 类，里面包含了一个 Address 引用类型字段：

internal class Person
{public string Name { get; set; } = string.Empty;public int Age { get; set; }public Address Address { get; set; } = new();
}
  • ShallowCopy()：复制了 Name、Age 的值，但 Address 字段只是复制了引用。
  • DeepCopy() ：完整复制整个对象图，包括 Address 实例。 .NET 9 推荐使用 System.Text.Json 或其他现代方式实现深拷贝。

📦 项目准备

  • .net 控制台项目信息
<Project Sdk="Microsoft.NET.Sdk"><PropertyGroup><OutputType>Exe</OutputType><TargetFramework>net9.0</TargetFramework><ImplicitUsings>enable</ImplicitUsings><Nullable>enable</Nullable><PublishAot>true</PublishAot><InvariantGlobalization>true</InvariantGlobalization></PropertyGroup><ItemGroup><PackageReference Include="Datadog.Trace.BenchmarkDotNet" Version="2.61.0" /><PackageReference Include="System.Text.Json" Version="9.0.6" /></ItemGroup></Project>
  • 创建一个 Person 对象，分别实现对象的深拷贝和浅拷贝方
using System.Text.Json;namespace BenchmarkTest.examples.Copy;// 创建一个包含深拷贝和浅拷贝方法的类
public class Person
{public string Name { get; set; } = string.Empty;public int Age { get; set; }public Address Address { get; set; } = new();// 浅拷贝public object ShallowCopy() => this.MemberwiseClone();// 深拷贝 (使用 System.Linq.Expressions 手动实现)public Person DeepCopy1() => new(){Name = this.Name,Age = this.Age,Address = new Address{Street = this.Address.Street,City = this.Address.City}};// 深拷贝 (使用 System.Text.Json)public Person DeepCopy2(){var json = JsonSerializer.Serialize(this);return JsonSerializer.Deserialize<Person>(json)!;}
}[Serializable]
public class Address
{public string Street { get; set; } = string.Empty;public string City { get; set; } = string.Empty;
}
  • 拷贝测试类 CopyBenchmark
//===========================
// 拷贝测试类 CopyBenchmark
//===========================using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Configs;
using BenchmarkDotNet.Running;
using Datadog.Trace.BenchmarkDotNet;namespace BenchmarkTest.examples.Copy;[DatadogDiagnoser]
[MemoryDiagnoser]
public class CopyBenchmark
{private Person _person = new();[GlobalSetup]public void Setup(){_person = new Person{Name = "John",Age = 30,Address = new Address { Street = "Main St", City = "New York" }};}[Benchmark]public object ShallowCopyTest() => _person.ShallowCopy();[Benchmark]public object DeepCopy1Test() => _person.DeepCopy1();[Benchmark]public object DeepCopy2Test() => _person.DeepCopy2();public static void Run(IConfig config){var summary = BenchmarkRunner.Run<CopyBenchmark>(config);Console.WriteLine(summary);}
}

🏁 启动基准测试

  • 在 Program.cs 中运行基准测试
using BenchmarkDotNet.Configs;
using BenchmarkTest.examples.Copy;
using Datadog.Trace.BenchmarkDotNet;Console.WriteLine("Hello, BenchmarkDotNetTest!");var config = DefaultConfig.Instance.WithDatadog();
CopyBenchmark.Run(config);
  • 运行测试
dotnet run -c Release

输出信息：

CopyBenchmark

以下是对 BenchmarkDotNet 测试报告的详细分析与解释：

📊 测试环境概览

项目说明
BenchmarkDotNet 版本v0.13.2
操作系统Windows 11 (10.0.26100)
.NET SDK9.0.301
运行时.NET 9.0.6（AOT/AVX2）

🧪 性能指标说明

指标含义
Mean平均执行时间（纳秒 ns）
Error置信区间误差范围（通常为 ± 值）
StdDev标准差，衡量运行时间波动性
Median中位数，比平均值更稳定
Gen0Gen0 GC 次数（每 1000 次操作）
Allocated每次操作分配的内存大小

🔍 测试方法分析

✅ ShallowCopyTest
  • Mean: 69.06 ns
  • Allocated: 40 B
  • 特点：
    • 使用 MemberwiseClone() 实现浅拷贝。
    • 只复制对象本身字段，引用类型字段共享地址。
    • 性能高、内存占用低。
    • 不涉及复杂序列化或深拷贝逻辑。

结论：速度快，适用于不需要独立副本的场景。

✅ DeepCopy1Test
  • Mean: 27.87 ns
  • Allocated: 104 B
  • 实现方式：
    • 手动实现的深拷贝（new 新对象并赋值）。
    • 或者使用了高性能的表达式树/源生成器等技术。

结论：相比浅拷贝速度最快（手动 new 实现方式），但内存分配多了2倍多，仍是高效且完全独立的对象副本，适合大多数业务场景。

⚠️ DeepCopy2Test
  • Mean: 1,693.59 ns（约 60 倍于 DeepCopy1）
  • Allocated: 1,168 B（约 10 倍于 DeepCopy1）
  • 实现方式：
    • 使用 JSON 序列化反序列化（如 System.Text.Json）。
    • 或者第三方库。

结论：性能明显下降，适合数据结构复杂但需要通用性的场景。若对性能敏感，应考虑优化深拷贝方式（如手动克隆或使用 FastDeepCloner 等库）。

📌 总结对比

方法执行时间内存分配是否独立副本推荐用途
ShallowCopyTest⚠️ 较快✅ 最少❌ 否快速只读复制
DeepCopy1Test✅ 最快⚠️ 适中✅ 是高性能深拷贝
DeepCopy2Test❌ 慢❌ 较多✅ 是复杂结构 / 快速开发

🛠️ 建议优化方向

  1. 避免使用 JSON 序列化进行频繁深拷贝，除非对象结构非常复杂。
  2. 优先手动实现深拷贝逻辑 或使用源生成工具（如 FastDeepCloner）提升性能。
  3. 若需通用性，可结合缓存机制减少重复深拷贝开销。
  4. 对性能要求极高时，可使用 Span<T> 或 Memory<T> 进行无堆分配拷贝。
http://www.xdnf.cn/news/14939.html

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