Что такое ReadOnlySpan<T> в C# и насколько он быстрый

Ранее я уже писал статью о самом быстром способе извлечения подстроки в C#. Теперь подробно расскажу о Span. Недавно Microsoft выпустила платформу .NET 8, в которой появилось несколько новых методов расширения для ReadOnlySpan<T>. Поэтому я решил сравнить производительность методов MemoryExtensions и аналогов в классе string.

Бенчмарк

Все тесты используют JSON-файл с массивом строк из 135 892 элементов. Каждый элемент — это права доступа для разных папок. Строки имеют следующий шаблон:

<permission> for Folder: \\server-name\path\to\folder\

Например:

DENY Permission for Folder: \\server-name\path\to\folder\

Я не могу публиковать сам файл, так что придётся поверить на слово. :)

В этом бенчмарке рассмотрены 8 методов:

Также я учитываю сценарий “Span + Аллокация”, когда используется метод ToString после работы со Span, что приводит к созданию строки в памяти.

Как обычно, я использовал библиотеку BenchmarkDotNet. Полный код тестов доступен здесь.

Результаты

Contains

StartsWith

IndexOf

Split

Replace

ToLowerInvariant

Trim

Substring

Выводы

ReadOnlySpan<T> без аллокации

Почти все методы расширения для ReadOnlySpan<T> работают быстрее, чем аналоги для string. Исключение — метод ToLower, потому что он копирует символы в новый буфер.

ReadOnlySpan<T> с аллокацией

Методы string.Replace, string.ToLower, string.TrimEnd, string.Substring работают быстрее комбинации ReadOnlySpan<T> и вызова ToString. Вероятно, это связано с тем, что стандартные строковые методы используют более эффективные внутренние механизмы, например Buffer.Memmove.

Потребление памяти

Методы на основе Span не создают мусора и не вызывают сборку мусора Gen 0. Строковые методы, особенно Split, Replace и ToLower, выделяют гораздо больше памяти.

Однако если в конце операций на Span всё равно происходит создание строки (ToString), то преимущества по памяти теряются.

Количество Gen0 на 1000 операций:

Память, выделенная (МБ):