[Benchmarks] Database Connect 效能差異

前言

在 .NET 專案中，連接資料庫的方式有多種選擇。本文將透過 BenchmarkDotNet 來比較三種常見的資料庫連線方式的效能差異：

使用相依注入(DI)的 DbContext
每次建立新的 DbContext
使用連線池的新 DbContext

測試環境設定

測試程式使用以下配置：

測試資料量：1000 筆
啟動次數：1 次
預熱次數：3 次
迭代次數：50 次
每次迭代的調用次數：3 次

測試程式說明

使用 DI 注入的 DbContext
- 使用單一 DbContext 實例
- 適合於 Web 應用程式的 Scope 生命週期
- 效能較好，但需注意 Change Tracker 的記憶體使用
每次建立新的 DbContext
- 每次查詢都建立新的連線
- 適合較簡單的查詢場景
- 可能造成較多的資源消耗
使用連線池的 DbContext
- 啟用 SQL Server 的連線池功能
- 包含重試機制和查詢分割
- 在高併發場景下較有優勢

程式碼架構

using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Engines;
using BenchmarkDotNet.Order;

namespace 資料庫連線.Benchmarks;

[MemoryDiagnoser]
[Orderer(SummaryOrderPolicy.FastestToSlowest)]
[RankColumn]
[SimpleJob(RunStrategy.ColdStart, 
    launchCount: 1,     // 啟動次數
    warmupCount: 3,     // 預熱次數
    iterationCount: 50, // 迭代次數
    invocationCount: 3  // 每次迭代中的調用次數
)]
public class DbConnectionBenchmarks
{
    private TestContext _context;
    private IConfiguration _configuration;
    private string _connectionString;
    private const int TestDataCount = 1000;

    [GlobalSetup]
    public void Setup()
    {
        // Setup configuration
        var builder = new ConfigurationBuilder()
            .SetBasePath(Directory.GetCurrentDirectory())
            .AddJsonFile("appsettings.json");
        _configuration = builder.Build();
        _connectionString = _configuration.GetConnectionString("DefaultConnection");

        // Setup DbContext
        var options = new DbContextOptionsBuilder<TestContext>()
            .UseSqlServer(_connectionString)
            .Options;
        _context = new TestContext(options);

        // Ensure database exists and setup test data
        EnsureDatabaseExists();
    }

    private void EnsureDatabaseExists()
    {
        _context.Database.EnsureCreated();
        
        // 清空現有資料
        _context.TestEntities.RemoveRange(_context.TestEntities);
        _context.SaveChanges();

        // 添加測試資料
        var random = new Random(42); // 使用固定的種子以確保測試資料一致性
        var testData = Enumerable.Range(1, TestDataCount).Select(i => new TestEntity
        {
            Name = $"Test Entity {i}",
            CreateTime = DateTime.Today.AddDays(-random.Next(30)),
            Value = random.Next(1, 1000)
        });
        
        _context.TestEntities.AddRange(testData);
        _context.SaveChanges();
    }

    [Benchmark(Baseline = true, Description = "使用 DI 注入的 DbContext")]
    public async Task<(int count, decimal average)> WithDI()
    {
        var result = await _context.TestEntities
            .Where(x => x.CreateTime >= DateTime.Today.AddDays(-7))
            .ToListAsync();

        return (result.Count, result.Average(x => x.Value));
    }

    [Benchmark(Description = "每次建立新的 DbContext")]
    public async Task<(int count, decimal average)> WithoutDI()
    {
        var optionsBuilder = new DbContextOptionsBuilder<TestContext>();
        optionsBuilder.UseSqlServer(_connectionString);
        
        using var context = new TestContext(optionsBuilder.Options);
        var result = await context.TestEntities
            .Where(x => x.CreateTime >= DateTime.Today.AddDays(-7))
            .ToListAsync();

        return (result.Count, result.Average(x => x.Value));
    }

    [Benchmark(Description = "使用連線池的新 DbContext")]
    public async Task<(int count, decimal average)> WithConnectionPool()
    {
        var optionsBuilder = new DbContextOptionsBuilder<TestContext>();
        optionsBuilder.UseSqlServer(_connectionString, options => 
            options.EnableRetryOnFailure()
                   .UseQuerySplittingBehavior(QuerySplittingBehavior.SplitQuery));
        
        using var context = new TestContext(optionsBuilder.Options);
        var result = await context.TestEntities
            .Where(x => x.CreateTime >= DateTime.Today.AddDays(-7))
            .ToListAsync();

        return (result.Count, result.Average(x => x.Value));
    }

    [GlobalCleanup]
    public void Cleanup()
    {
        _context.Dispose();
    }
}

效能比較結果

以下是三種連線方式的效能比較結果：

Connection Method	Average Execution Time	Memory Allocation	Relative Benchmark	Rank
使用 DI 注入的 DbContext	4.105 ms	180.19 KB	1.00	1
每次建立新的 DbContext	7.148 ms	421.16 KB	1.85	2
使用連線池的新 DbContext	7.231 ms	466.43 KB	1.80	2