Apworks框架中各种仓储实现的性能基准测试与结果对比

周末抽空简单地对Apworks框架所支持的三种仓储实现：Entity Framework、NHibernate以及MongoDB进行了性能基准测试，并对其结果进行对比。从对比的结果来看，MongoDB仓储的性能要远胜于其它两者。基准测试采用的是我在两年前开发的一个基于Visual Studio Unit Test Framework的基准测试程序（名为：Visual Benchmark），该程序可以设定基准测试引擎，并对测试结果进行图形化呈现。在本文末尾会简要地对此软件进行介绍，有兴趣的朋友不妨了解一下。

单体测试的设计

由于Visual Benchmark是基于Visual Studio Unit Test Framework的单体测试用例的，因此，我们只需要在Visual Studio中开发有待测试的单体测试程序即可。在开发单体测试程序之前，首先让我们了解一下Visual Benchmark所支持的“迭代基准测试”模式。所谓“迭代基准测试”，意思就是Visual Benchmark会循环地调用单体测试方法并在每次调用结束时，统计当前“代”中所消耗的CPU周期或者时间；当Visual Benchmark完成整个测试之后，会将各代的统计结果组织并显示出来。在这个过程中，单体测试方法可以通过Visual Benchmark所提供的基准测试参数来获得当前所处的“代”数（也就是循环因子的值），然后就可以基于这个“代”数对测试数据进行模拟，以反映出随着测试数据的增长，单体测试方法的执行效率。

举例来说，在测试三种不同的仓储对于聚合的保存执行效率时，我首先在Visual Studio中新建了一个Unit Test类，并在类中定义了两个成员变量：

[TestClass]
public class InsertAggregateRootsTest
{
    private int thisIteration;
    private IEnumerable<SalesOrder> mockSalesOrders;
    // 其它部分暂时省略
}

第一个成员变量thisIteration用来保存从Visual Benchmark传入的“代”数；而第二个成员变量mockSalesOrders则是保存了一组即将通过仓储插入的聚合模拟数据。

接下来，我在这个测试类中加入了Test Initialize的方法，以便在每次测试方法被调用前，执行一些数据初始化的操作。在这个方法中，会对以上两个成员变量初始化，同时清空后台数据库，为执行测试做准备。

[TestInitialize()]
public void MyTestInitialize()
{
    thisIteration = (int)BenchmarkRuntimeArgs.Instance.ThisIteration;
    mockSalesOrders = Helper.MockSalesOrders(thisIteration);
    Helper.ClearSQLServerTables();
    Helper.ClearMongoDB();
}

在上面的方法中，首先使用BenchmarkRuntimeArgs.Instance.ThisIteration对thisIteration进行初始化，以便获得当前测试的“代”。BenchmarkRuntimeArgs是一个跨应用程序域的单件（Singleton），在每次执行Benchmark之前都会被初始化。然后根据获得的“代”数，创建聚合模拟数据。此处mockSalesOrders中所包含的数据量会随着“代”数的增长而增加，以反映随着数据量的增长，被测函数的性能趋势。最后，使用Helper类清空后台数据库。

由于仓储的实现是基于不同的应用框架，因此，在所有测试启动前，需要对这些框架进行初始化。有写过单体测试的朋友都知道，这部分逻辑应该写在Class Initialize的方法中：

[ClassInitialize()]
public static void MyClassInitialize(TestContext testContext)
{
    Database.SetInitializer<EntityFrameworkDbContext>(new 
        DropCreateDatabaseIfModelChanges<EntityFrameworkDbContext>());
    MongoDBRepositoryContext.RegisterConventions();
    if (!BsonClassMap.IsClassMapRegistered(typeof(SalesLine)))
    {
        BsonClassMap.RegisterClassMap<SalesLine>(p =>
        {
            p.AutoMap();
            p.UnmapProperty<SalesOrder>(q => q.SalesOrder);
        });
    }
}

在这里并没有使用代码的方式对NHibernate框架进行初始化，因为NHibernate的初始化过程是由Apworks中的NHibernateApplicationConfiguration类型完成的，这个类型依赖应用程序的app/web.config文件。所以我们需要在单体测试项目中添加app.config以及相关的配置节点。篇幅原因，这里就不贴app.config的代码了，文章末尾我会给出源代码。Visual Benchmark支持在“客户应用程序域”（Client AppDomain）中装载app/web.config文件。

现在，可以开始写测试方法了，以下是基于三种不同仓储实现的测试方法。从各方法中我们可以看到，除了所创建的IRepositoryContext、IRepository的具体实现不同之外，其它的操作逻辑完全相同：即通过仓储对聚合进行保存：

[TestMethod]
public void EntityFramework()
{
    using (IRepositoryContext context = new EntityFrameworkRepositoryContext(new EntityFrameworkDbContext()))
    {
        IRepository<SalesOrder> salesOrderRepository = new EntityFrameworkRepository<SalesOrder>(context);
        foreach (var salesOrder in mockSalesOrders)
            salesOrderRepository.Add(salesOrder);
        context.Commit();
    }
}

[TestMethod]
public void NHibernate()
{
    using (IRepositoryContext context = new NHibernateContext(new NHibernateApplicationConfiguration()))
    {
        IRepository<SalesOrder> salesOrderRepository = new NHibernateRepository<SalesOrder>(context);
        foreach (var salesOrder in mockSalesOrders)
            salesOrderRepository.Add(salesOrder);
        context.Commit();
    }
}

[TestMethod]
public void MongoDB()
{
    using (IRepositoryContext context = new MongoDBRepositoryContext(new MongoDBRepositoryContextSettings()))
    {
        IRepository<SalesOrder> salesOrderRepository = new MongoDBRepository<SalesOrder>(context);
        foreach (var salesOrder in mockSalesOrders)
            salesOrderRepository.Add(salesOrder);
        context.Commit();
    }
}

执行测试

首先，我们在Visual Studio中测试这三个方法，以确保每个方法都能够正确完成。在启动测试之前，先回到上面的MyTestInitialize方法，将thisIteration设置为一个固定的整数值，比如20，以便测试能够正常启动。在完成三个方法的测试之后，我们可以通过Test Results窗口看到测试结果。

打开Visual Benchmark，新建一个Session，在“打开”对话框中，选择已经编译好的DLL文件，此时Visual Benchmark会将其中包含的所有的测试类和测试方法加载到左边的树形结构中。在树形结构中，选中需要测试的方法，然后单击“开始”按钮，Visual Benchmark便会针对所选的测试方法进行基准测试。最后，会根据不同的测试引擎的设计，将结果显示出来。

测试结果

Visual Benchmark能够根据设置，采用一些减噪手段以尽量保证测试结果的真实性。通过所测结果不难看出，在我所测试的三个场景中，基于MongoDB实现的仓储，性能要优于其它两者。而NHibernate仓储又要好于Entity Framework仓储。

测试环境

以下是执行测试的环境配置：

CPU：Intel Core i5-540M Cores: 2 Logical: 4
Chipset：Intel QM57 (IbexPeak-M DO)
Memory：Hynix 666.7MHz (PC3-10600) 2048MB x1, Kingston 666.7MHz (PC3-10600) 4096MB x1. Totally 6144MB
OS：Microsoft Windows 7 Enterprise (x64) Build 7601

场景一：聚合保存

注：上图中X轴表示的是“代”数，亦即模拟的聚合数量；Y轴表示执行时间（毫秒数）。下同。

场景二：聚合查询

注：在此场景中，EntityFramework支线所表示的是使用Eager Loading将SalesOrder及其下所有Sales Lines实体读出所开销的时间；而EntityFramework_NoEagerLoad支线所表示的是仅读出SalesOrder（不包括其下所有Sales Lines）所开销的时间。

场景三：查询所有并删除

关于Visual Benchmark

Visual Benchmark是我在2010年开发的一款基于Visual Studio单体测试框架的性能基准测试程序，从整体上看，Visual Benchmark具有如下架构设计：

首先，Visual Benchmark和被测试的程序集都是基于Microsoft .NET Framework的，在Visual Benchmark中，基准测试的执行是以Session为单位的。Engine Management System为Visual Benchmark提供了安全的、可扩展的基准测试引擎管理系统，因此，通过这套管理系统，用户可以选用各种不同的引擎进行测试，开发人员也可以根据自己的实际需求对引擎进行二次开发与定制，并应用到Visual Benchmark系统中。

其次，当Session被打开时，它会通过Remote Proxy将被测试的程序集装载到客户应用程序域（Client AppDomain）中。这样做的理由是：1、能够在完成测试后，以AppDomain.Unload的方式卸载被测试程序集；2、能够在装载程序集时，同时将app/web.config和resource都装载到Client AppDomain中，以此模拟真实的执行环境。

功能技术特点

Visual Benchmark具有如下功能技术特点：

可定制的基准测量标尺：开发人员可以自己开发基准测试的测量标尺。目前仅支持两种：StopwatchTickRuler和StopwatchMillisecondsRuler。上文的测试采用的是StopwatchMillisecondsRuler
可定制的测试引擎：开发人员可以根据需求定制开发测试引擎。框架提供了完整的引擎定制功能，这包括：引擎的元数据（例如名称、作者、描述等）、版本、配置界面、结果显示界面以及HTML文档。目前支持Iterated Throughput、Simple、Simple Iteration以及Throughput四种引擎。上文的测试采用了Simple Iteration引擎
减噪选项：使用减噪选项以获得更真实的测试数据。Visual Benchmark提供两个减噪选项：在每次执行测试之前强制垃圾回收、丢弃第一次的测试结果。测试引擎也会根据情况提供获取平均执行时间的选项
在客户应用程序域（Client AppDomain）中执行基准测试：能够对单体测试环境进行模拟，被测方法能够正常地访问配置文件和资源文件
跨AppDomain的单件（Singleton）实现：能够方便地在单体测试方法中读取Visual Benchmark的相关参数信息
多线程执行：用户可以随时停止Benchmark的执行

界面截图

基于两种不同引擎的执行结果显示

测试引擎的配置界面与文档界面

Session信息与客户应用程序域（Client AppDomain）信息

总结

本文对Apworks框架中所支持的三种仓储实现进行了性能上的基准测试，并得出了测试结果。在最开始的时候，我是打算结合Visual Studio的测试框架来完成这些工作的，但后来发现Visual Studio的测试框架所提供的功能并不能达到我的需求，之前也采用了Visual Studio的Load Test来做压力测试，但是效果并不算太理想。在下才疏学浅，并没有弄通Visual Studio提供的强大测试功能，所以也只能借用我之前写的Visual Benchmark程序了。如果有读者朋友知道如何在Visual Studio中完成类似的测试工作，还烦请告知在下，我会虚心向您学习。

下一步，我将对Apworks框架的线程安全性做一些评估，等到有了满意的结果，我也会将相关经验分享出来。

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