深度比较常见库中序列化和反序列化性能的性能差异

百宝门园地2023-09-18 10:14

背景和目的

本文介绍了几个常用的序列化和反序列化库，包括System.Text.Json、Newtonsoft.Json、 Protobuf-Net、MessagePack-Net，我们将对这些库进行性能测评

库名称 介绍 Github地址
System.Text.Json .NET Core 3.0及以上版本的内置JSON库，用于读写JSON文本。它提供了高性能和低分配的功能。 System.Text.Json
Newtonsoft.Json 也被称为Json.NET，是.NET中最常用的JSON序列化库之一。它提供了灵活的方式来转换.NET对象为JSON字符串，以及将JSON字符串转换为.NET对象。 Newtonsoft.Json
Protobuf-Net .NET版本的Google's Protocol Buffers序列化库。Protocol Buffers是一种语言中立、平台中立、可扩展的序列化结构数据的方法。 Protobuf-Net
MessagePack-Net MessagePack是一个高效的二进制序列化格式，它允许你在JSON-like的格式中交换数据，但是更小、更快、更简单。 MessagePack-Net

性能测试

测评电脑配置

组件 规格
CPU 11th Gen Intel(R) Core(TM) i5-11320H
内存 40 GB DDR4 3200MHz
操作系统 Microsoft Windows 10 专业版
电源选项 已设置为高性能
软件 LINQPad 7.8.5 Beta
运行时 .NET 7.0.10

准备工作

0、导入Nuget包

1、Bogus(34.0.2)

2、MessagePack(2.5.124)

3、Newtonsoft.Json(13.0.3)

4、protobuf-net(3.2.26)

5、System.Reactive(6.0.0)

1、性能测试函数

csharp 复制代码 
IObservable<object> Measure(Action action, int times = 5)
{
	return Enumerable.Range(1, times).Select(i =>
	{
		var sw = Stopwatch.StartNew();

		long memory1 = GC.GetTotalMemory(true);
		long allocate1 = GC.GetTotalAllocatedBytes(true);
		{
			action();
		}
		long allocate2 = GC.GetTotalAllocatedBytes(true);
		long memory2 = GC.GetTotalMemory(true);

		sw.Stop();
		return new
		{
			次数 = i,
			分配内存 = (allocate2 - allocate1).ToString("N0"),
			内存提高 = (memory2 - memory1).ToString("N0"),
			耗时 = sw.ElapsedMilliseconds,
		};
	}).ToObservable();
}

这个测量函数的它的作用

多次执行指定的动作，并测量每次执行该动作时的内存分配和执行时间。

然后，对于每次操作，它创建并返回一个新的匿名对象，该对象包含以下属性：

次数：操作的次数。

分配内存：操作期间分配的内存量（操作结束后的已分配字节减去操作开始前的已分配字节）。

内存提高：操作期间内存的增加量（操作结束后的总内存减去操作开始前的总内存）。

耗时：操作的执行时间（以毫秒为单位）。

2、生成随机数据的函数

csharp 复制代码 
IEnumerable<User> WriteData()
{
	var data = new Bogus.Faker<User>()
		.RuleFor(x => x.Id, x => x.IndexFaker + 1)
		.RuleFor(x => x.Gender, x => x.Person.Gender)
		.RuleFor(x => x.FirstName, (x, u) => x.Name.FirstName(u.Gender))
		.RuleFor(x => x.LastName, (x, u) => x.Name.LastName(u.Gender))
		.RuleFor(x => x.Email, (x, u) => x.Internet.Email(u.FirstName, u.LastName))
		.RuleFor(x => x.BirthDate, x => x.Person.DateOfBirth)
		.RuleFor(x => x.Company, x => x.Person.Company.Name)
		.RuleFor(x => x.Phone, x => x.Person.Phone)
		.RuleFor(x => x.Website, x => x.Person.Website)
		.RuleFor(x => x.SSN, x => x.Person.Ssn())
		.GenerateForever().Take(6_0000);
	return data;
}

Bogus 是一个非常有用的 C# 库，它可以帮助你生成伪造的数据，或者说"假数据"。这在测试或开发阶段非常有用，你可以使用它来填充数据库，或者在没有实际用户数据的情况下测试应用程序。

如果想详细了解使用请参考 这篇文章https://www.cnblogs.com/sdflysha/p/20190821-generate-lorem-data.html

3、数据实体类

csharp 复制代码 
[MessagePackObject, ProtoContract]
public class User
{
    [Key(0), ProtoMember(1)]
    public int Id { get; set; }

    [Key(1), ProtoMember(2)]
    public int Gender { get; set; }

    [Key(2), ProtoMember(3)]
    public string FirstName { get; set; }

    [Key(3), ProtoMember(4)]
    public string LastName { get; set; }

    [Key(4), ProtoMember(5)]
    public string Email { get; set; }

    [Key(5), ProtoMember(6)]
    public DateTime BirthDate { get; set; }

    [Key(6), ProtoMember(7)]
    public string Company { get; set; }

    [Key(7), ProtoMember(8)]
    public string Phone { get; set; }

    [Key(8), ProtoMember(9)]
    public string Website { get; set; }

    [Key(9), ProtoMember(10)]
    public string SSN { get; set; }
}

开始性能测试

以下测试代码会加入写入文件，以模拟真实的使用场景，性能怎么样

1、System.Text.Json 性能测试

序列化测试代码

csharp 复制代码 
void TextJsonWrite()
{
	var data = WriteData();

	Measure(() =>
		{
			string path = Path.Combine(Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.Desktop), "test-data1.json");
			using var file = File.Create(path);
			System.Text.Json.JsonSerializer.Serialize(file,data);
		})
	.Dump();
}

文件大小：14.3MB

测试结果

次数 分配内存 内存提高 耗时
1 1,429,688,200 67,392 2494
2 1,429,960,352 320 2610
3 1,429,596,256 8 2615
4 1,430,126,504 -64 2753
5 1,429,549,184 -432 2918

反序列化测试代码

csharp 复制代码 
void TextJsonRead()
{
	Measure(() =>
	{
		string path = Path.Combine(Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.Desktop), "test-data1.json");
		byte[] bytes = File.ReadAllBytes(path);
		System.Text.Json.JsonSerializer.Deserialize<List<User>>(bytes);
	}).Dump();
}

测试结果

次数 分配内存 内存提高 耗时
1 42,958,536 43,728 212
2 43,093,448 48 185
3 42,884,408 24 120
4 42,883,312 24 129
5 43,100,896 24 117

2、Newtonsoft.Json 性能测试

序列化测试代码

csharp 复制代码 
void JsonNetWrite()
{
	var data = WriteData();

	Measure(() =>
	{
		string path = Path.Combine(Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.Desktop), "test-data2.json");
		var jsonData = Newtonsoft.Json.JsonConvert.SerializeObject(data);
		File.WriteAllText(path, jsonData);
	})
	.Dump();
}

文件大小：14.3MB

测试结果

次数 分配内存 内存提高 耗时
1 1,494,035,696 42,608 2196
2 1,494,176,144 320 2289
3 1,494,684,672 -24 2899
4 1,494,292,376 2,152 3393
5 1,495,260,472 64 3499

反序列化测试代码

csharp 复制代码 
void JsonNetRead()
{
	Measure(() =>
	{
		string path = Path.Combine(Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.Desktop), "test-data2.json");
		var jsonData = File.ReadAllText(path);
		var data = Newtonsoft.Json.JsonConvert.DeserializeObject<List<User>>(jsonData);
	})
	.Dump();
}

测试结果

次数 分配内存 内存提高 耗时
1 92,556,920 63,216 275
2 92,659,784 48 314
3 92,407,736 24 245
4 92,616,912 24 276
5 92,416,128 24 305

3、ProtobufNet 性能测试

序列化测试代码

csharp 复制代码 
void ProtobufNetWrite()
{
	var data = WriteDataTwo();
	Measure(() =>
	{
		string path = Path.Combine(Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.Desktop), "test-data3.bin");
		using var file = File.Create(path);
		Serializer.Serialize(file, data);
	}).Dump();
}

文件大小：7.71MB

测试结果

次数 分配内存 内存提高 耗时
1 712,168 163,512 170
2 6,760 -192 111
3 7,040 280 97
4 6,760 24 66
5 244,200 0 68

反序列化测试代码

csharp 复制代码 
void ProtobufNetRead()
{
	Measure(() =>
	{
		string path = Path.Combine(Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.Desktop), "test-data3.bin");
		using var file = File.OpenRead(path);
		Serializer.Deserialize<List<UserProtobuf>>(file);
	}
	).Dump();
}

测试结果

次数 分配内存 内存提高 耗时
1 29,485,888 1,084,240 113
2 28,242,856 48 96
3 28,340,672 24 85
4 28,333,088 24 80
5 28,242,856 24 76

4、MessagePack-Net 性能测试

序列化测试代码

csharp 复制代码 
void MessagePackNetWrite()
{
	var data = WriteDataThreee();
	Measure(() =>
	{
		string path = Path.Combine(Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.Desktop), "UserMessagePackData.bin");
		using var file = File.Create(path);
	   	MessagePackSerializer.Serialize(file, data);
	}).Dump();
}

文件大小：7.21MB

测试结果

次数 分配内存 内存提高 耗时
1 80,552 9,512 52
2 7,432 24 46
3 7,432 24 45
4 120,400 -1,072 46
5 7,432 24 48

反序列化测试代码

csharp 复制代码 
void MessagePackNetRead()
{
	Measure(() =>
	{
		string path = Path.Combine(Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.Desktop), "UserMessagePackData.bin");
		byte[] bytes = File.ReadAllBytes(path);
		MessagePackSerializer.Deserialize<List<UserMessagePack>>(bytes);
	}).Dump();
}

测试结果

次数 分配内存 内存提高 耗时
1 35,804,728 24 82
2 35,804,728 24 65
3 35,804,728 24 56
4 35,804,728 32 66
5 35,806,248 848 80

结论

序列化性能测试结果

性能测试名称 分配内存平均数 (bytes) 耗时平均数 (ms) 文件大小 (MB) 分配内存百分比 (%) 耗时百分比 (%) 文件大小百分比 (%)
Newtonsoft.Json 1,494,489,872 2,855 14.3 100 100 100
System.Text.Json 1,429,784,099 2,678 14.3 95 93.8 100
ProtobufNet 195,385 102 7.71 0.013 3.5 53.9
MessagePack-Net 44,649 47 7.21 0.0029 1.6 50.4

反序列化性能测试结果

性能测试名称 分配内存平均数 (bytes) 耗时平均数 (ms) 分配内存百分比 (%) 耗时百分比 (%)
Newtonsoft.Json 92,531,496 283 100 100
System.Text.Json 42,807,420 152 46.2 54.7
ProtobufNet 28,529,072 90 30.8 31.8
MessagePack-Net 35,805,032 69 38.6 24.3

注：

1、 分配内存比例、耗时比例和文件大小比例都以 Newtonsoft.Json 的数值为基准，计算出的百分比表示在相比于 Newtonsoft.Json 的表现。

2、 分配内存平均数、耗时平均数是通过将给定的五次测试结果取平均值得出的。

3、 文件大小是由测试代码生成的文件大小，计算出的百分比表示在相比于 Newtonsoft.Json 的表现。

基于上述表格，我们可以得出以下结论：

  1. 内存分配：在内存分配方面，ProtobufNet 和 MessagePack-Net 显著优于 System.Text.Json 和 Newtonsoft.Json。它们的内存分配仅为 Newtonsoft.Json 的 0.01% 和 0.003%，这表明它们在处理大数据时的内存效率非常高。

  2. 耗时：在耗时方面，ProtobufNet 和 MessagePack-Net 也表现出超过其他两个库的性能。ProtobufNet 的耗时为 Newtonsoft.Json 的 3.6%，而 MessagePack-Net 的耗时仅为 2.1%。这意味着它们在处理大量数据时的速度非常快。

  3. 文件大小：在生成的文件大小方面，ProtobufNet 和 MessagePack-Net 的文件大小明显小于 System.Text.Json 和 Newtonsoft.Json。ProtobufNet 和 MessagePack-Net 的文件大小分别为 Newtonsoft.Json 文件大小的 53.9% 和 50.4%。这说明它们的序列化效率更高，能够生成更小的文件。

  4. System.Text.Json vs Newtonsoft.Json：在比较这两个库时，System.Text.Json 在内存分配和耗时方面都稍微优于 Newtonsoft.Json，但差距不大。在文件大小方面，它们的表现相同。

综上所述，如果考虑内存分配、处理速度和文件大小，ProtobufNet 和 MessagePack-Net 的性能明显优于 System.Text.Json 和 Newtonsoft.Json。

5、总结

基于上面的数据，个人一些看法，虽然我们平常用的是Newtonsoft.Json ,但了解一些其他一些比较好的库的使用可以扩展视野，本次测试的库虽然加入了写入文件这方面的因素，但对性能影响不是很大，本以为ProtobufNet已经是性能最好的了，但上面的测试结果，显然 MessagePack-Net 性能最好，还有一个意外发现，针对NetCore 6.0，新出的库System.Text.Json 性能比Newtonsoft.Json好5%

作者 => 百宝门瞿佑明

原文地址：https://blog.baibaomen.com/深度比较常见库中序列化和反序列化性能的性能差/

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