提高 Bitconverter.ToInt16 的性能

Question

我正在从 USB 设备收集数据，这些数据必须转到音频输出组件。目前，我传送数据的速度不够快，无法避免输出信号中出现咔哒声。所以每一毫秒都很重要。

目前我正在收集以 65536 bytes.The 字节数组形式传送的数据，前两个字节代表小端格式的 16 位数据。这两个字节必须放在双精度数组的第一个元素中。后两个字节必须放在不同双精度数组的第一个元素中。然后对 65536 缓冲区中的所有字节重复此操作，以便最终得到 2 double[] 个大小为 16384 的数组。

我目前正在使用 BitConverter.ToInt16，如代码所示。运行这需要大约 0.3 毫秒，但必须完成 10 次才能将数据包发送到音频输出。所以开销是 3 毫秒，这足以让一些数据包最终无法按时交付。

代码

byte[] buffer = new byte[65536];
double[] bufferA = new double[16384];
double[] bufferB = new double[16384]

for(int i= 0; i < 65536; i +=4)
{
    bufferA[i/4] = BitConverter.ToInt16(buffer, i);
    bufferB[i/4] = BitConverter.ToInt16(buffer, i+2);
}

我该如何改进？是否可以使用不安全代码复制值？我没有这方面的经验。谢谢

Answer 1

使用 Pointers 和 unsafe，这使我的发布速度提高了大约三倍。可能还有其他微优化，但我会将这些细节留给大众

已更新

我原来的算法有一个错误，可以改进

修改代码

public unsafe (double[], double[]) Test2(byte[] input, int scale)
{
   var bufferA = new double[input.Length / 4];
   var bufferB = new double[input.Length / 4];

   fixed (byte* pSource = input)
      fixed (double* pBufferA = bufferA, pBufferB = bufferB)
      {
         var pLen = pSource + input.Length;
         double* pA = pBufferA, pB = pBufferB;

         for (var pS = pSource; pS < pLen; pS += 4, pA++, pB++)
         {
            *pA = *(short*)pS;
            *pB = *(short*)(pS + 2);
         }
      }

   return (bufferA, bufferB);
}

基准

每个测试运行 1000 次，在每个运行之前收集垃圾，并缩放到各种数组长度。所有结果都根据原始 OP 版本进行检查

测试环境

----------------------------------------------------------------------------
Mode             : Release (64Bit)
Test Framework   : .NET Framework 4.7.1 (CLR 4.0.30319.42000)
----------------------------------------------------------------------------
Operating System : Microsoft Windows 10 Pro
Version          : 10.0.17134
----------------------------------------------------------------------------
CPU Name         : Intel(R) Core(TM) i7-3770K CPU @ 3.50GHz
Description      : Intel64 Family 6 Model 58 Stepping 9
Cores (Threads)  : 4 (8)      : Architecture  : x64
Clock Speed      : 3901 MHz   : Bus Speed     : 100 MHz
L2Cache          : 1 MB       : L3Cache       : 8 MB
----------------------------------------------------------------------------

结果

--- Random Set of byte ------------------------------------------------------
| Value    |    Average |    Fastest |    Cycles | Garbage | Test |    Gain |
--- Scale 16,384 -------------------------------------------- Time 13.727 ---
| Unsafe   |  19.487 µs |  14.029 µs |  71.479 K | 0.000 B | Pass | 59.02 % |
| Original |  47.556 µs |  34.781 µs | 169.580 K | 0.000 B | Base |  0.00 % |
--- Scale 32,768 -------------------------------------------- Time 14.809 ---
| Unsafe   |  40.398 µs |  31.274 µs | 145.024 K | 0.000 B | Pass | 56.62 % |
| Original |  93.127 µs |  79.501 µs | 329.320 K | 0.000 B | Base |  0.00 % |
--- Scale 65,536 -------------------------------------------- Time 18.984 ---
| Unsafe   |  68.318 µs |  43.550 µs | 245.083 K | 0.000 B | Pass | 68.34 % |
| Original | 215.758 µs | 160.171 µs | 758.955 K | 0.000 B | Base |  0.00 % |
--- Scale 131,072 ------------------------------------------- Time 22.620 ---
| Unsafe   | 120.764 µs |  79.208 µs | 428.626 K | 0.000 B | Pass | 71.24 % |
| Original | 419.889 µs | 322.388 µs |   1.461 M | 0.000 B | Base |  0.00 % |
-----------------------------------------------------------------------------

Answer 2

"So every millisecond counts." 如果是这样的话，你在这里处理的是 Realtime Programming。尽管 .NET 运行时功能强大，但对于实时编程来说并不理想。

单独的垃圾收集内存管理通常是 disqualifier for Realtime Programming。

现在您可以将 .NET 从 GC 内存管理更改为直接管理。并通过转到不安全代码和使用裸指针来挤出一点性能。但这几乎就是您删除 .NET 的所有卖点的地方。最好先用本机 C++ 编写整个 thing/that 部分。

提高 Bitconverter.ToInt16 的性能

Improve performance of Bitconverter.ToInt16

c#

unsafe-pointers

bitconverter

已更新

基准