快捷導(dǎo)航

.NET CORE中比較兩個(gè)文件內(nèi)容是否相同的最快方法

更新時(shí)間：2019年06月23日 11:04:18 作者：WAKU

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于.NET CORE中比較兩個(gè)文件內(nèi)容是否相同的最快方法，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對(duì)大家學(xué)習(xí)或者使用.NET CORE具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧

前言

最近項(xiàng)目有個(gè)需求,需要比較兩個(gè)任意大小文件的內(nèi)容是否相同,要求如下:

項(xiàng)目是.NET CORE,所以使用C#進(jìn)行編寫比較方法
文件大小任意,所以不能將文件內(nèi)容全部讀入到內(nèi)存中進(jìn)行比較(更專業(yè)點(diǎn)說,需要使用非緩存的比較方式)
不依賴第三方庫
越快越好

為了選出最優(yōu)的解決方案,我搭建了一個(gè)簡單的命令行工程,準(zhǔn)備了兩個(gè)大小為912MB的文件,并且這兩個(gè)文件內(nèi)容完全相同.在本文的最后,你可以看到該工程的Main方法的代碼.

下面我們開始嘗試各個(gè)比較方法,選出最優(yōu)的解決方案:

比較兩個(gè)文件是否完全相同,首先想到的是用哈希算法(如MD5,SHA)算出兩個(gè)文件的哈希值,然后進(jìn)行比較.

廢話少說,擼起袖子寫一個(gè)MD5比較方法:

/// <summary>
/// MD5
/// </summary>
/// <param name="file1"></param>
/// <param name="file2"></param>
/// <returns></returns>
private static bool CompareByMD5(string file1, string file2)
{
 // 使用.NET內(nèi)置的MD5庫
 using (var md5 = MD5.Create())
 {
 byte[] one, two;
 using (var fs1 = File.Open(file1, FileMode.Open))
 {
  // 以FileStream讀取文件內(nèi)容,計(jì)算HASH值
  one = md5.ComputeHash(fs1);
 }
 using (var fs2 = File.Open(file2, FileMode.Open))
 {
  // 以FileStream讀取文件內(nèi)容,計(jì)算HASH值
  two = md5.ComputeHash(fs2);
 }
 // 將MD5結(jié)果(字節(jié)數(shù)組)轉(zhuǎn)換成字符串進(jìn)行比較
 return BitConverter.ToString(one) == BitConverter.ToString(two);
 }
}

比較結(jié)果:

Method: CompareByMD5, Identical: True. Elapsed: 00:00:05.7933178

耗時(shí)5.79秒,感覺還不錯(cuò).然而,這是最佳的解決方案嗎?

其實(shí)我們仔細(xì)想一下,答案應(yīng)該是否定的.

因?yàn)槿魏喂Ｋ惴ū举|(zhì)上都是對(duì)字節(jié)進(jìn)行一定的計(jì)算,而計(jì)算過程是要消耗時(shí)間的.

很多下載網(wǎng)站上提供了下載文件的哈希值,那是因?yàn)橄螺d的源文件本身不會(huì)改變,只需要計(jì)算一次源文件的哈希值,提供給用戶驗(yàn)證即可.

而我們的需求中,兩個(gè)文件都是不固定的,那么每次都要計(jì)算兩個(gè)文件的哈希值,就不太合適了.

所以,哈希比較這個(gè)方案被PASS.

這種求算法最優(yōu)解的問題,我以往的經(jīng)驗(yàn)是: 去stackoverflow查找 :)

經(jīng)過我的艱苦努力,找到了一個(gè)非常切題的答案: How to compare 2 files fast using .NET?

得贊最多一個(gè)答案,將代碼改造了一下放入工程中:

/// <summary>
/// https://stackoverflow.com/a/1359947
/// </summary>
/// <param name="file1"></param>
/// <param name="file2"></param>
/// <returns></returns>
private static bool CompareByToInt64(string file1, string file2)
{
 const int BYTES_TO_READ = sizeof(Int64); // 每次讀取8個(gè)字節(jié)
 int iterations = (int)Math.Ceiling((double)new FileInfo(file1).Length / BYTES_TO_READ); // 計(jì)算讀取次數(shù)

 using (FileStream fs1 = File.Open(file1, FileMode.Open))
 using (FileStream fs2 = File.Open(file2, FileMode.Open))
 {
 byte[] one = new byte[BYTES_TO_READ];
 byte[] two = new byte[BYTES_TO_READ];

 for (int i = 0; i < iterations; i++)
 {
  // 循環(huán)讀取到字節(jié)數(shù)組中
  fs1.Read(one, 0, BYTES_TO_READ);
  fs2.Read(two, 0, BYTES_TO_READ);

  // 轉(zhuǎn)換為Int64進(jìn)行數(shù)值比較
  if (BitConverter.ToInt64(one, 0) != BitConverter.ToInt64(two, 0))
  return false;
 }
 }

 return true;
}

該方法基本的原理是循環(huán)讀取兩個(gè)文件,每次讀取8個(gè)字節(jié),轉(zhuǎn)換為Int64,再進(jìn)行數(shù)值比較.那么效率如何呢?

Method: CompareByToInt64, Identical: True. Elapsed: 00:00:08.0918099

什么?8秒!竟然比MD5還慢?這不是SO得贊最多的答案嗎,怎么會(huì)這樣?

其實(shí)分析一下不難想到原因,因?yàn)槊看沃蛔x取8個(gè)字節(jié),程序頻繁的進(jìn)行IO操作,導(dǎo)致性能低下.看來SO上的答案也不能迷信啊!

那么優(yōu)化的方向就變?yōu)榱巳绾螠p少IO操作帶來的損耗.

既然每次8個(gè)字節(jié)太少了,我們定義一個(gè)大一些的字節(jié)數(shù)組,比如1024個(gè)字節(jié).每次讀取1024個(gè)字節(jié)到數(shù)組中,然后進(jìn)行字節(jié)數(shù)組的比較.

但是這樣又帶來一個(gè)新問題,就是如何快速比較兩個(gè)字節(jié)數(shù)組是否相同?

我首先想到的是在MD5方法中用過的----將字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換成字符串進(jìn)行比較:

/// <summary>
/// 讀入到字節(jié)數(shù)組中比較(轉(zhuǎn)為String比較)
/// </summary>
/// <param name="file1"></param>
/// <param name="file2"></param>
/// <returns></returns>
private static bool CompareByString(string file1, string file2)
{
 const int BYTES_TO_READ = 1024 * 10;

 using (FileStream fs1 = File.Open(file1, FileMode.Open))
 using (FileStream fs2 = File.Open(file2, FileMode.Open))
 {
 byte[] one = new byte[BYTES_TO_READ];
 byte[] two = new byte[BYTES_TO_READ];
 while (true)
 {
  int len1 = fs1.Read(one, 0, BYTES_TO_READ);
  int len2 = fs2.Read(two, 0, BYTES_TO_READ);
  if (BitConverter.ToString(one) != BitConverter.ToString(two)) return false;
  if (len1 == 0 || len2 == 0) break; // 兩個(gè)文件都讀取到了末尾,退出while循環(huán)
 }
 }

 return true;
}

結(jié)果:

Method: CompareByString, Identical: True. Elapsed: 00:00:07.8088732

耗時(shí)也接近8秒,比上一個(gè)方法強(qiáng)不了多少.

分析一下原因,在每次循環(huán)中,字符串的轉(zhuǎn)換是一個(gè)非常耗時(shí)的操作.那么有沒有不進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換的字節(jié)數(shù)組比較方法呢?

我想到了LINQ中有一個(gè)比較序列的方法SequenceEqual,我們嘗試使用該方法比較:

/// <summary>
/// 讀入到字節(jié)數(shù)組中比較(使用LINQ的SequenceEqual比較)
/// </summary>
/// <param name="file1"></param>
/// <param name="file2"></param>
/// <returns></returns>
private static bool CompareBySequenceEqual(string file1, string file2)
{
 const int BYTES_TO_READ = 1024 * 10;

 using (FileStream fs1 = File.Open(file1, FileMode.Open))
 using (FileStream fs2 = File.Open(file2, FileMode.Open))
 {
 byte[] one = new byte[BYTES_TO_READ];
 byte[] two = new byte[BYTES_TO_READ];
 while (true)
 {
  int len1 = fs1.Read(one, 0, BYTES_TO_READ);
  int len2 = fs2.Read(two, 0, BYTES_TO_READ);
  if (!one.SequenceEqual(two)) return false;
  if (len1 == 0 || len2 == 0) break; // 兩個(gè)文件都讀取到了末尾,退出while循環(huán)
 }
 }

 return true;
}

結(jié)果:

Method: CompareBySequenceEqual, Identical: True. Elapsed: 00:00:08.2174360

竟然比前兩個(gè)都要慢(實(shí)際這也是所有方案中最慢的一個(gè)),LINQ的SequenceEqual看來不是為了效率而生.

那么我們不用那些花哨的功能,回歸質(zhì)樸,老實(shí)兒的使用while循環(huán)比較字節(jié)數(shù)組怎么樣呢?

/// <summary>
/// 讀入到字節(jié)數(shù)組中比較(while循環(huán)比較字節(jié)數(shù)組)
/// </summary>
/// <param name="file1"></param>
/// <param name="file2"></param>
/// <returns></returns>
private static bool CompareByByteArry(string file1, string file2)
{
 const int BYTES_TO_READ = 1024 * 10;

 using (FileStream fs1 = File.Open(file1, FileMode.Open))
 using (FileStream fs2 = File.Open(file2, FileMode.Open))
 {
 byte[] one = new byte[BYTES_TO_READ];
 byte[] two = new byte[BYTES_TO_READ];
 while (true)
 {
  int len1 = fs1.Read(one, 0, BYTES_TO_READ);
  int len2 = fs2.Read(two, 0, BYTES_TO_READ);
  int index = 0;
  while (index < len1 && index < len2)
  {
  if (one[index] != two[index]) return false;
  index++;
  }
  if (len1 == 0 || len2 == 0) break;
 }
 }

 return true;
}

結(jié)果是....

Method: CompareByByteArry, Identical: True. Elapsed: 00:00:01.5356821

1.53秒!大突破!看來有時(shí)候看起來笨拙的方法反而效果更好!

試驗(yàn)到此,比較兩個(gè)900多MB的文件耗時(shí)1.5秒左右,讀者對(duì)于該方法是否滿意呢?

No!我不滿意!我相信通過努力,一定會(huì)找到更快的方法的!

同樣.NET CORE也在為了編寫高性能代碼而不斷的優(yōu)化中.

那么,我們?nèi)绾卫^續(xù)優(yōu)化我們的代碼呢?

我突然想到在C# 7.2中加入的一個(gè)新的值類型: Span<T>,它用來代表一段連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域,并提供一系列可操作該區(qū)域的方法.

對(duì)于我們的需求,因?yàn)槲覀儾粫?huì)更改數(shù)組的值,所以可以使用另外一個(gè)只讀的類型ReadOnlySpan<T>追求更高的效率.

修改代碼,使用ReadOnlySpan<T>:

/// <summary>
/// 讀入到字節(jié)數(shù)組中比較(ReadOnlySpan)
/// </summary>
/// <param name="file1"></param>
/// <param name="file2"></param>
/// <returns></returns>
private static bool CompareByReadOnlySpan(string file1, string file2)
{
 const int BYTES_TO_READ = 1024 * 10;

 using (FileStream fs1 = File.Open(file1, FileMode.Open))
 using (FileStream fs2 = File.Open(file2, FileMode.Open))
 {
 byte[] one = new byte[BYTES_TO_READ];
 byte[] two = new byte[BYTES_TO_READ];
 while (true)
 {
  int len1 = fs1.Read(one, 0, BYTES_TO_READ);
  int len2 = fs2.Read(two, 0, BYTES_TO_READ);
  // 字節(jié)數(shù)組可直接轉(zhuǎn)換為ReadOnlySpan
  if (!((ReadOnlySpan<byte>)one).SequenceEqual((ReadOnlySpan<byte>)two)) return false;
  if (len1 == 0 || len2 == 0) break; // 兩個(gè)文件都讀取到了末尾,退出while循環(huán)
 }
 }

 return true;
}

核心是用來比較的SequenceEqual方法,該方法是ReadOnlySpan的一個(gè)擴(kuò)展方法,要注意它只是方法名與LINQ中一樣,實(shí)現(xiàn)完全不同.

那么該方法的表現(xiàn)如何呢?

Method: CompareByReadOnlySpan, Identical: True. Elapsed: 00:00:00.9287703

不到一秒!

相對(duì)上一個(gè)已經(jīng)不錯(cuò)的結(jié)果,速度提高了差不多40%!

對(duì)此結(jié)果,我個(gè)人覺得已經(jīng)很滿意了,如果各位有更快的方法,請(qǐng)不吝賜教,我非常歡迎!

關(guān)于Span<T>結(jié)構(gòu)類型,各位讀者如有興趣,可瀏覽該文章,該文有非常詳細(xì)的介紹.

后記

文中的代碼只是出于實(shí)驗(yàn)性質(zhì),實(shí)際應(yīng)用中仍可以繼續(xù)細(xì)節(jié)上的優(yōu)化, 如:

如兩個(gè)文件大小不同,直接返回false
如果兩個(gè)文件路徑相同,直接返回true
...

試驗(yàn)工程的Main方法源碼:

static void Main(string[] args)
{
 string file1 = @"C:\Users\WAKU\Desktop\file1.ISO";
 string file2 = @"C:\Users\WAKU\Desktop\file2.ISO";
 var methods = new Func<string, string, bool>[] { CompareByMD5, CompareByToInt64, CompareByByteArry, CompareByReadOnlySpan };
 foreach (var method in methods)
 {
 var sw = Stopwatch.StartNew();
 bool identical = method(file1, file2);
 Console.WriteLine("Method: {0}, Identical: {1}. Elapsed: {2}", method.Method.Name, identical, sw.Elapsed);
 }
}

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。