【IT168 技术】任何计算设备硬件资源都是有限的，越多的程序和服务竞争资源，用户的体验越糟糕(通常表现为延迟较长)，性能下降的部分原因是因为安装了不需要的组件，还有部分原因是程序内部的设计问题，如让程序随系统启动而启动，或不管你是否会使用它，都让它在后台运行着，这些运行着但又未使用的进程都会抢占有限的系统资源。
虽然我见过一些有关程序性能测试的文章，但却未见过对程序的启动时间进行测试的，更别说是不同编程语言(框架)，或同一框架的不同版本了，但这种测试结果对于选择特定硬件系统后，确定编程语言是非常有帮助的。本文将介绍当前比较流行的语言(框架) -.NET，Java，Mono和C++程序的启动性能对比，所有测试都是在它们各自的默认设置下进行的。但.NET，Mono，Java托管代码和C++原生代码谁的启动时间最短，谁的性能较好呢?首先来看一下热启动的对比结果吧!
由于测试中有诸多因素会影响结果，为了使测试结果显得更公平，我们只使用了一些简单的，可重复的测试，所有语言都可执行这些测试。
首先我们要测试的是从进程创建到进入main函数所花的时间，简称为“启动时间”，要精确地测试出启动时间是很困难的，有时只有凭用户的感觉，接下来测量了内存占用情况，内核和用户消耗的处理器时间。
如何计算启动时间
在下面的内容中，凡是提到操作系统API，我指的操作系统都是指Windows XP，由于没有现成的操作系统API可以获得程序的启动时间，因此我用了自己发明的方法来计算，我使用了简单的进程间通信机制来解决这个问题，创建进程时将创建时间作为一个命令行参数传递给测试进程，执行到退出代码时返回当前时间和创建时间的差，具体步骤说明如下：
在调用者进程(BenchMarkStartup.exe)中获得当前的UTC系统时间;
启动测试进程，将前面获得的进程创建时间作为参数传递给它;
在分支进程中，获得main函数开始执行时的当前系统UTC时间;
在同一进程中，计算并调整时间差;
执行到退出代码时返回时间差;
在调用者进程(BenchMarkStartup.exe)中捕捉退出代码。
本文会使用到两个启动时间：冷启动时间和热启动时间，冷启动表示系统重启后，程序的第一次启动时间，热启动时间表示程序关闭后，再次启动所花的时间。冷启动需要的时间往往会长一些，因为需要加载I/O组件，热启动可以利用操作系统的预取功能，因此热启动的时间要短得多。
影响性能的因素
对于托管的运行时，与原生代码比起来，JIT编译器将会消耗额外的CPU时间和内存。特别是对于冷启动时间的对比可能会有失公允，C++原生代码肯定会占有优势，而托管型的Mono，Java和.NET代码需要更长的加载时间。另外，如果其它程序加载了你需要的库，I/O操作也会减少，启动时间也会得到改善。在Java方面，也有一些启动加速程序，如Java Quick Starter，Jinitiator，为了公平起见，应该禁用它们。缓存和预取功能也应该留给操作系统去管理，不要浪费不必要的资源。
C++性能测试代码
C++测试代码是直接由调用者进程调用的，当它获得一个命令行参数时，它会将其转换成__int64来表示FILETIME，其值是从1601/1/1到现在的100 毫微秒间隔数，因此我们可以获得时间差，以毫秒数返回，用32位大小就足够了。
{
FILETIME ft;
etSystemTimeAsFileTime(&ft);
if( argc < 2 )
{
::Sleep(5000);
return -1;
}
FILETIME userTime;
FILETIME kernelTime;
FILETIME createTime;
FILETIME exitTime;
if(GetProcessTimes(GetCurrentProcess(), &createTime, &exitTime, &kernelTime, &userTime))
{
__int64 diff;
__int64*pMainEntryTime=reinterpret_cast<__int64 *>(&ft);
_int64 launchTime = _tstoi64(argv[1]);
diff = (*pMainEntryTime -launchTime)/10000;
return (int)diff; }
else
return -1; }
下面是创建测试进程的代码，传递给它的是初始时间，返回的是启动时间。第一个调用计算冷启动时间，后面的调用计算的是热启动时间。
{
ZeroMemory( strtupTimes, sizeof(strtupTimes) );
ZeroMemory( kernelTimes, sizeof(kernelTimes) );
ZeroMemory( preCreationTimes, sizeof(preCreationTimes) );
ZeroMemory( userTimes, sizeof(userTimes) );
BOOL res = TRUE;
TCHAR cmd[100];
int i,result = 0;
DWORD dwerr = 0;
PrepareColdStart();
::Sleep(3000);//3秒延迟
for(i = 0; i <= COUNT && res; i++)
{
STARTUPINFO si; PROCESS_INFORMATION pi;
ZeroMemory( &si, sizeof(si) );
si.cb = sizeof(si); ZeroMemory( &pi, sizeof(pi) );
::SetLastError(0);
__int64 wft = 0;
if(StrStrI(szcProg, _T("java")) && !StrStrI(szcProg, _T(".exe")))
{
wft = currentWindowsFileTime();
_stprintf_s(cmd,100,_T("java -client -cp .\\.. %s \"%I64d\""), szcProg,wft);
}
else if(StrStrI(szcProg, _T("mono")) && StrStrI(szcProg, _T(".exe")))
{
wft = currentWindowsFileTime();
_stprintf_s(cmd,100,_T("mono %s \"%I64d\""), szcProg,wft);
}
else
{
wft = currentWindowsFileTime();
_stprintf_s(cmd,100,_T("%s \"%I64d\""), szcProg,wft);
} // 启动子进程
if( !CreateProcess( NULL,cmd,NULL,NULL,FALSE,0,NULL,NULL,&si,&pi )) {
dwerr = GetLastError();
_tprintf( _T("CreateProcess failed for '%s' with error code %d:%s.\n"),szcProg, dwerr,GetErrorDescription(dwerr) );
return dwerr; //中断;
}
//等待20秒，或直到子进程退出 dwerr = WaitForSingleObject( pi.hProcess, 20000 );
if(dwerr != WAIT_OBJECT_0)
{
dwerr = GetLastError();
_tprintf( _T("WaitForSingleObject failed for '%s' with error code %d\n"),szcProg, dwerr );
// 关闭进程和线程处理 CloseHandle( pi.hProcess ); CloseHandle( pi.hThread );
break;
}
res = GetExitCodeProcess(pi.hProcess,(LPDWORD)&result);
FILETIME CreationTime,ExitTime,KernelTime,UserTime; if(GetProcessTimes(pi.hProcess,&CreationTime,&ExitTime,&KernelTime,&UserTime))
{ __int64 *pKT,*pUT, *pCT;
pKT = reinterpret_cast<__int64 *>(&KernelTime);
pUT = reinterpret_cast<__int64 *>(&UserTime);
pCT = reinterpret_cast<__int64 *>(&CreationTime);
if(i == 0)
{
_tprintf( _T("cold start times:\nStartupTime %d ms"), result);
_tprintf( _T(", PreCreationTime: %u ms"), ((*pCT)- wft)/ 10000);
_tprintf( _T(", KernelTime: %u ms"), (*pKT) / 10000); _tprintf( _T(", UserTime: %u ms\n"), (*pUT) / 10000);
_tprintf( _T("Waiting for statistics for %d warm samples"), COUNT);
}
else
{
_tprintf( _T("."));
kernelTimes[i-1] = (int)((*pKT) / 10000);
preCreationTimes[i-1] = (int)((*pCT)- wft)/ 10000;
userTimes[i-1] = (int)((*pUT) / 10000);
strtupTimes[i-1] = result;
}
}
else
{
printf( "GetProcessTimes failed for %p", pi.hProcess );
} // 关闭进程和线程处理 CloseHandle( pi.hProcess );
CloseHandle( pi.hThread );
if((int)result < 0) { _tprintf( _T("%s failed with code %d: %s\n"),cmd, result,GetErrorDescription(result) );
return result;
}
::Sleep(1000); //1秒延时
}
if(i <= COUNT )
{ _tprintf( _T("\nThere was an error while running '%s', last error code = %d\n"),cmd,GetLastError());
return result;
}
double median, mean, stddev;
if(CalculateStatistics(&strtupTimes[0], COUNT, median, mean, stddev))
{
_tprintf( _T("\nStartupTime: mean = %6.2f ms, median = %3.0f ms, standard deviation = %6.2f ms\n"), mean,median,stddev);
}
if(CalculateStatistics(&preCreationTimes[0], COUNT, median, mean, stddev))
{
_tprintf( _T("PreCreation: mean = %6.2f ms, median = %3.0f ms, standard deviation = %6.2f ms\n"), mean,median,stddev);
}
if(CalculateStatistics(&kernelTimes[0], COUNT, median, mean, stddev))
{
_tprintf( _T("KernelTime : mean = %6.2f ms, median = %3.0f ms, standard deviation = %6.2f ms\n"), mean,median,stddev);
}
if(CalculateStatistics(&userTimes[0], COUNT, median, mean, stddev))
{
_tprintf( _T("UserTime : mean = %6.2f ms, median = %3.0f ms, standard deviation = %6.2f ms\n"), mean,median,stddev);
}
return GetLastError();
}
注意启动Mono和Java程序的命令行与.NET或原生代码有些不同，我也没有使用性能监视计数器。
如果你想知道我为什么没有使用GetProcessTimes提供的创建时间，我可以告诉你有两个原因。首先，对于.NET和Mono，需要DllImport，对于Java需要JNI，这样就使程序变得更加臃肿了;第二个原因是我发现创建时间不是CreateProcess API被调用的真正时间。从本地硬盘运行测试时，由这两个因素引起的时间会相差0-10毫秒，如果是从网络驱动器运行，时间会有数百毫秒的出入，如果是从软盘上运行，甚至可能达到几秒。我把这个时间差叫做预创建时间，我猜测这是因为操作系统没有考虑创建新进程时，从存储介质读取文件所花的时间所致，因为只在冷启动时有这个差异，而热启动就没有。
