改進(jìn) ASP 的字符串處理性能

目錄

• 簡介
• ASP 設(shè)計(jì)
• 字符串連接
• 快捷的解決方案
• StringBuilder
• 內(nèi)置方法
• 測試
• 結(jié)果
• 小結(jié)

簡介

編寫 ASP 頁面時(shí)，開發(fā)人員實(shí)際上是創(chuàng)建一個(gè)格式化的文本流，通過 ASP 提供的 Response 對(duì)象寫入 Web 客戶端。創(chuàng)建此文本流的方法有多種，而您選擇的方法將對(duì) Web 應(yīng)用程序的性能和可縮放性產(chǎn)生很大影響。很多次，在我?guī)椭蛻魞?yōu)化其 Web 應(yīng)用程序的性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)比較有效的方法是更改 HTML 流的創(chuàng)建方式。本文將介紹幾種常用技術(shù)，并測試它們對(duì)一個(gè)簡單的 ASP 頁面的性能所產(chǎn)生的影響。

ASP 設(shè)計(jì)

許多 ASP 開發(fā)人員都遵循良好的軟件工程原則，盡可能地將其代碼模塊化。這種設(shè)計(jì)通常使用一些包含文件，這些文件中包含對(duì)頁面的特定不連續(xù)部分進(jìn)行格式化生成的函數(shù)。這些函數(shù)的字符串輸出（通常是 HTML 表格代碼）可以通過各種組合創(chuàng)建一個(gè)完整的頁面。某些開發(fā)人員對(duì)此方法進(jìn)行了改進(jìn)，將這些 HTML 函數(shù)移到 Visual Basic COM 組件中，希望充分利用已編譯的代碼提供的額外性能。

盡管這種設(shè)計(jì)方法很不錯(cuò)，但創(chuàng)建組成這些不連續(xù) HTML 代碼組件的字符串所使用的方法將對(duì) Web 站點(diǎn)的性能和可縮放性產(chǎn)生很大的影響，無論實(shí)際的操作是在 ASP 包含文件中執(zhí)行還是在 Visual Basic COM 組件中執(zhí)行。

字符串連接

請(qǐng)看以下 WriteHTML 函數(shù)的代碼片斷。名為 Data 的參數(shù)只是一個(gè)字符串?dāng)?shù)組，其中包含一些要格式化為表格結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)（例如，從數(shù)據(jù)庫返回的數(shù)據(jù)）。

Function WriteHTML( Data )
Dim nRep
For nRep = 0 to 99
 sHTML = sHTML  vbcrlf _ 
    "TR>TD>"  (nRep + 1)  "/TD>TD>" _ 
    Data( 0, nRep )  "/TD>TD>" _ 
    Data( 1, nRep )  "/TD>TD>" _ 
    Data( 2, nRep )  "/TD>TD>" _ 
    Data( 3, nRep )  "/TD>TD>" _ 
    Data( 4, nRep )  "/TD>TD>" _ 
    Data( 5, nRep )  "/TD>/TR>"
Next
WriteHTML = sHTML
End Function

這是很多 ASP 和 Visual Basic 開發(fā)人員創(chuàng)建 HTML 代碼時(shí)常用的方法。sHTML 變量中包含的文本返回到調(diào)用代碼，然后使用 Response.Write 寫入客戶端。當(dāng)然，這還可以表示為直接嵌入不包含 WriteHTML 函數(shù)的頁面的類似代碼。此代碼的問題是，ASP 和 Visual Basic 使用的字符串?dāng)?shù)據(jù)類型（BSTR 或 Basic 字符串）實(shí)際上無法更改長度。這意味著每當(dāng)字符串長度更改時(shí)，內(nèi)存中字符串的原始表示形式都將遭到破壞，而且將創(chuàng)建一個(gè)包含新字符串?dāng)?shù)據(jù)的新的表示形式：這將增加分配內(nèi)存和解除分配內(nèi)存的操作。當(dāng)然，ASP 和 Visual Basic 已為您解決了這一問題，因此實(shí)際開銷不會(huì)立即顯現(xiàn)出來。分配內(nèi)存和解除分配內(nèi)存要求基本運(yùn)行時(shí)代碼解除各個(gè)專用鎖定，因此需要大量開銷。當(dāng)字符串變得很大并且有大塊內(nèi)存要被快速連續(xù)地分配和解除分配時(shí)，此問題變得尤為明顯，就像在大型字符串連接期間出現(xiàn)的情況一樣。盡管這一問題對(duì)單用戶環(huán)境的影響不大，但在服務(wù)器環(huán)境（例如，在 Web 服務(wù)器上運(yùn)行的 ASP 應(yīng)用程序）中，它將導(dǎo)致嚴(yán)重的性能和可縮放性問題。

下面，我們回到上述代碼片段：此代碼中要執(zhí)行多少個(gè)字符串分配操作？答案是 16 個(gè)。在這種情況下，“”運(yùn)算符的每次應(yīng)用都將導(dǎo)致變量 sHTML 所指的字符串被破壞和重新創(chuàng)建。前面已經(jīng)提到，字符串分配的開銷很大，并且隨著字符串的增大而增加，因此，我們可以對(duì)上述代碼進(jìn)行改進(jìn)。

快捷的解決方案

有兩種方法可以緩解字符串連接的影響，第一種方法是嘗試減小要處理的字符串的大小，第二種方法是嘗試減少執(zhí)行字符串分配操作的數(shù)目。請(qǐng)參見下面所示的 WriteHTML 代碼的修訂版本。

Function WriteHTML( Data )
Dim nRep
For nRep = 0 to 99
 sHTML = sHTML  ( vbcrlf _ 
    "TR>TD>"  (nRep + 1)  "/TD>TD>" _ 
    Data( 0, nRep )  "/TD>TD>" _  
    Data( 1, nRep )  "/TD>TD>" _ 
    Data( 2, nRep )  "/TD>TD>" _ 
    Data( 3, nRep )  "/TD>TD>" _ 
    Data( 4, nRep )  "/TD>TD>" _ 
    Data( 5, nRep )  "/TD>/TR>" )
Next
WriteHTML = sHTML
End Function

乍一看，可能很難發(fā)現(xiàn)這段代碼與上一個(gè)代碼示例的差別。其實(shí)，此代碼只是在 sHTML = sHTML 后的內(nèi)容外面加上了括號(hào)。這實(shí)際上是通過更改優(yōu)先順序，來減小大多數(shù)字符串連接操作中處理的字符串大小。在最初的代碼示例中，ASP 編譯器將查看等號(hào)右邊的表達(dá)式，并從左到右進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果，每次重復(fù)都要進(jìn)行 16 個(gè)連接操作，這些操作針對(duì)不斷增長的 sHTML 進(jìn)行。在新版本中，我們提示編譯器更改操作順序?，F(xiàn)在，它將按從左到右、從括號(hào)內(nèi)到括號(hào)外的順序計(jì)算表達(dá)式。此技術(shù)使得每次重復(fù)包括 15 個(gè)連接操作，這些操作針對(duì)的是不會(huì)增長的較小字符串，只有一個(gè)是針對(duì)不斷增長的大的 sHTML。圖 1 顯示了這種優(yōu)化方法與標(biāo)準(zhǔn)連接方法在內(nèi)存使用模式方面的比較。

圖 1：標(biāo)準(zhǔn)連接與加括號(hào)連接在內(nèi)存使用模式方面的比較

在特定情況下，使用括號(hào)可以對(duì)性能和可縮放性產(chǎn)生十分顯著的影響，后文將對(duì)此進(jìn)行進(jìn)一步的說明。

StringBuilder

我們已經(jīng)找到了解決字符串連接問題的快捷方法，在多數(shù)情況下，此方法可以達(dá)到性能和投入的最佳平衡。但是，如果要進(jìn)一步提高構(gòu)建大型字符串的性能，需要采用第二種方法，即減少字符串分配操作的數(shù)目。為此，需要使用 StringBuilder。StringBuilder 是一個(gè)類，用于維護(hù)可配置的字符串緩沖區(qū)，管理插入到此緩沖區(qū)的新文本片斷，并僅在文本長度超出字符串緩沖區(qū)長度時(shí)對(duì)字符串進(jìn)行重新分配。Microsoft .NET 框架免費(fèi)提供了這樣一個(gè)類 (System.Text.StringBuilder)，并建議在該環(huán)境下進(jìn)行的所有字符串連接操作中使用它。在 ASP 和傳統(tǒng)的 Visual Basic 環(huán)境中，我們無法訪問此類，因此需要自行創(chuàng)建。下面是使用 Visual Basic 6.0 創(chuàng)建的 StringBuilder 類示例（為簡潔起見，省略了錯(cuò)誤處理代碼）。

Option Explicit
' 默認(rèn)的緩沖區(qū)初始大小和增長系數(shù)
Private Const DEF_INITIALSIZE As Long = 1000
Private Const DEF_GROWTH As Long = 1000
' 緩沖區(qū)大小和增長
Private m_nInitialSize As Long
Private m_nGrowth As Long
' 緩沖區(qū)和緩沖區(qū)計(jì)數(shù)器
Private m_sText As String
Private m_nSize As Long
Private m_nPos As Long
Private Sub Class_Initialize()
 ' 設(shè)置大小和增長的默認(rèn)值
 m_nInitialSize = DEF_INITIALSIZE
 m_nGrowth = DEF_GROWTH
 ' 初始化緩沖區(qū)
 InitBuffer
End Sub
' 設(shè)置初始大小和增長數(shù)量
Public Sub Init(ByVal InitialSize As Long, ByVal Growth As Long)
 If InitialSize > 0 Then m_nInitialSize = InitialSize
 If Growth > 0 Then m_nGrowth = Growth
End Sub
' 初始化緩沖區(qū)
Private Sub InitBuffer()
 m_nSize = -1
 m_nPos = 1
End Sub
' 增大緩沖區(qū)
Private Sub Grow(Optional MinimimGrowth As Long)
 ' 初始化緩沖區(qū)（如有必要）
 If m_nSize = -1 Then
  m_nSize = m_nInitialSize
  m_sText = Space$(m_nInitialSize)
 Else
  ' 只是增長
  Dim nGrowth As Long
  nGrowth = IIf(m_nGrowth > MinimimGrowth, 
   m_nGrowth, MinimimGrowth)
  m_nSize = m_nSize + nGrowth
  m_sText = m_sText  Space$(nGrowth)
 End If
End Sub
' 將緩沖區(qū)大小調(diào)整到當(dāng)前使用的大小
Private Sub Shrink()
 If m_nSize > m_nPos Then
  m_nSize = m_nPos - 1
  m_sText = RTrim$(m_sText)
 End If
End Sub
' 添加單個(gè)文本字符串
Private Sub AppendInternal(ByVal Text As String)
 If (m_nPos + Len(Text)) > m_nSize Then Grow Len(Text)
 Mid$(m_sText, m_nPos, Len(Text)) = Text
 m_nPos = m_nPos + Len(Text)
End Sub
' 添加一些文本字符串
Public Sub Append(ParamArray Text())
 Dim nArg As Long
 For nArg = 0 To UBound(Text)
  AppendInternal CStr(Text(nArg))
 Next nArg
End Sub
 
' 返回當(dāng)前字符串?dāng)?shù)據(jù)并調(diào)整緩沖區(qū)大小
Public Function ToString() As String
 If m_nPos > 0 Then
  Shrink
  ToString = m_sText
 Else
  ToString = ""
 End If
End Function
' 清除緩沖區(qū)并重新初始化
Public Sub Clear()
 InitBuffer
End Sub

此類中使用的基本原則是，在類級(jí)別將變量 (m_sText) 用作字符串緩沖區(qū)，并使用 Space$ 函數(shù)以空格字符填充此緩沖區(qū)以將其設(shè)置為特定的大小。如果要將更多文本與現(xiàn)有文本連接在一起，則在檢查緩沖區(qū)的大小足以存放新文本后，使用 Mid$ 函數(shù)在正確位置插入文本。ToString 函數(shù)將返回當(dāng)前存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中的文本，并將緩沖區(qū)的大小調(diào)整為能夠容納此文本的正確長度。使用 StringBuilder 的 ASP 代碼如下所示：

Function WriteHTML( Data )
Dim oSB
Dim nRep
Set oSB = Server.CreateObject( "StringBuilderVB.StringBuilder" )
' 用大小和增長系數(shù)初始化緩沖區(qū)
oSB.Init 15000, 7500
For nRep = 0 to 99
 oSB.Append "TR>TD>", (nRep + 1), "/TD>TD>", _ 
   Data( 0, nRep ), "/TD>TD>", _ 
   Data( 1, nRep ), "/TD>TD>", _ 
   Data( 2, nRep ), "/TD>TD>", _ 
   Data( 3, nRep ), "/TD>TD>", _ 
   Data( 4, nRep ), "/TD>TD>", _ 
   Data( 5, nRep ), "/TD>/TR>"
Next
WriteHTML = oSB.ToString()
Set oSB = Nothing
End Function

使用 StringBuilder 需要一定的開銷，因?yàn)槊看问褂么祟悤r(shí)都必須創(chuàng)建它的實(shí)例，并且在創(chuàng)建第一個(gè)類實(shí)例時(shí)必須加載包含此類的 DLL。對(duì) StringBuilder 實(shí)例進(jìn)行額外方法調(diào)用時(shí)也需要開銷。使用加括號(hào)的“”方法時(shí)，StringBuilder 如何執(zhí)行取決于多個(gè)因素，包括連接的數(shù)目、要構(gòu)建的字符串的大小以及選擇的 StringBuilder 字符串緩沖區(qū)的初始化參數(shù)的性能。請(qǐng)注意，在多數(shù)情況下，將緩沖區(qū)中所需的空間量估計(jì)得略高一些要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于讓其不斷增長。

內(nèi)置方法

ASP 包含一種非?？旖莸膭?chuàng)建 HTML 代碼的方法，只需多次調(diào)用 Response.Write。Write 函數(shù)使用隱式優(yōu)化的字符串緩沖區(qū)，此緩沖區(qū)能夠提供非常優(yōu)秀的性能特性。修改后的 WriteHTML 代碼如下所示：

Function WriteHTML( Data )
Dim nRep
For nRep = 0 to 99
 Response.Write "TR>TD>" 
 Response.Write (nRep + 1) 
 Response.Write "/TD>TD>"
 Response.Write Data( 0, nRep ) 
 Response.Write "/TD>TD>"
 Response.Write Data( 1, nRep ) 
 Response.Write "/TD>TD>" 
 Response.Write Data( 2, nRep ) 
 Response.Write "/TD>TD>"
 Response.Write Data( 3, nRep ) 
 Response.Write "/TD>TD>"
 Response.Write Data( 4, nRep ) 
 Response.Write "/TD>TD>"
 Response.Write Data( 5, nRep ) 
 Response.Write "/TD>/TR>"
Next
End Function

雖然這段代碼很可能為我們提供最佳的性能和可縮放性，但在某種程度上已經(jīng)破壞了封裝，因?yàn)楝F(xiàn)在會(huì)將函數(shù)內(nèi)部的代碼直接寫入 Response 流，所以調(diào)用代碼喪失了一定程度的控制權(quán)。另外，移動(dòng)此代碼（例如，移入 COM 組件）將變得更加困難，因?yàn)榇撕瘮?shù)與 Response 流存在依賴關(guān)系。

測試

上面提到的四種方法分別通過一個(gè)簡單的 ASP 頁面（包含一個(gè)由虛擬字符串?dāng)?shù)組提供數(shù)據(jù)的單個(gè)表格）進(jìn)行了測試。我們使用 Application Center Test® (ACT) 從單個(gè)客戶端（Windows® XP Professional，PIII-850MHz，512MB RAM）針對(duì) 100Mb/sec 網(wǎng)絡(luò)中的單個(gè)服務(wù)器（Windows 2000 Advanced Server，雙 PIII-1000MHz，256MB RAM）執(zhí)行了測試。ACT 配置為使用 5 個(gè)線程，以模擬 5 個(gè)用戶連接至網(wǎng)站時(shí)的負(fù)載。每個(gè)測試都包括 20 秒預(yù)熱時(shí)間和隨后的 100 秒負(fù)載時(shí)間，在負(fù)載期間創(chuàng)建了盡可能多的請(qǐng)求。

通過更改主表格循環(huán)中的重復(fù)次數(shù)，針對(duì)不同數(shù)目的連接操作重復(fù)運(yùn)行測試，如 WriteHTML 函數(shù)中的代碼片斷所示。運(yùn)行的每個(gè)測試都使用上文提到的四種不同的方法執(zhí)行。

結(jié)果

下面的一系列圖表顯示了各種方法對(duì)整個(gè)應(yīng)用程序吞吐量的影響，以及 ASP 頁面的響應(yīng)時(shí)間。通過這些圖表，我們可以了解應(yīng)用程序支持的請(qǐng)求數(shù)目，以及用戶等待頁面下載至瀏覽器所需的時(shí)間。

表 1：使用的連接方法縮寫的說明