C#数组池性能基准测试（深入理解ArrayPool在.NET中的内存优化与性能提升）

什么是 ArrayPool？

ArrayPool<T> 是 .NET 中的一个静态类（位于 System.Buffers 命名空间），用于租借和归还数组，避免频繁的堆内存分配。当你需要临时使用一个大数组时，可以从池中“租”一个，用完后“归还”回池，而不是每次都 new 一个新数组。

为什么需要 C#数组池？

每次使用 new int[10000] 都会在托管堆上分配内存。如果这个操作发生在高频循环或高并发场景中，会导致：

• 大量短生命周期对象堆积，触发频繁 GC（尤其是 Gen 0 和 Gen 1）
• 应用程序暂停时间增加，影响响应性
• 内存碎片化，降低整体性能

而使用 .NET内存优化 技术如 ArrayPool，可以显著减少这些开销。

动手：编写性能基准测试

我们将使用 BenchmarkDotNet 这个强大的 .NET 基准测试库，对比“普通 new 数组”与“使用 ArrayPool”的性能差异。

第一步：安装 BenchmarkDotNet

在你的 .NET 6+ 控制台项目中运行：

dotnet add package BenchmarkDotNet

第二步：编写基准测试代码

using System;using System.Buffers;using BenchmarkDotNet.Attributes;using BenchmarkDotNet.Running;[MemoryDiagnoser] // 启用内存诊断public class ArrayPoolBenchmark{    private const int ArraySize = 10_000;    [Benchmark]    public void WithoutArrayPool()    {        var array = new byte[ArraySize];        // 模拟使用数组        for (int i = 0; i < array.Length; i++)            array[i] = (byte)(i % 256);        // 注意：这里没有显式释放，依赖 GC    }    [Benchmark]    public void WithArrayPool()    {        var pool = ArrayPool<byte>.Shared;        var array = pool.Rent(ArraySize);        try        {            // 模拟使用数组            for (int i = 0; i < array.Length; i++)                array[i] = (byte)(i % 256);        }        finally        {            pool.Return(array); // 必须归还！        }    }}class Program{    static void Main(string[] args)    {        BenchmarkRunner.Run<ArrayPoolBenchmark>();    }}

运行结果分析

在典型测试环境中（如 .NET 7，Intel i7），你可能会看到如下结果（数值仅为示意）：

可以看到，使用 ArrayPool 后：

• 执行时间减少了约 35%
• 内存分配降为 0 字节
• 完全避免了 Gen 0 垃圾回收

使用注意事项

虽然 ArrayPool 强大，但需注意以下几点：

1. 必须调用 Return：否则数组无法被复用，池会不断扩容，反而浪费内存。
2. 不要修改数组长度：Rent(size) 返回的数组长度可能大于请求值（按桶大小对齐），但你只能安全使用前 size 个元素。
3. 线程安全：ArrayPool.Shared 是线程安全的，可放心在多线程环境中使用。
4. 不适合小数组：对于小于 1KB 的数组，直接 new 可能更快，因为池操作有轻微开销。

总结

通过本次 C#性能基准 测试，我们验证了 ArrayPool<T> 在减少内存分配和 GC 压力方面的巨大优势。它是实现 .NET内存优化 的关键工具之一，特别适用于网络通信、图像处理、日志缓冲等高频数组使用场景。

记住：性能优化不是过早优化，而是在识别瓶颈后采取的针对性措施。使用 BenchmarkDotNet 进行科学测量，是做出正确决策的基础。

关键词回顾：C#数组池、ArrayPool性能测试、.NET内存优化、C#性能基准