为什么C#内存流保留了这么多内存？

Question

我们的软件正在通过一个从内存流读取数据的GZipStream解压某些字节数据。这些数据以4KB的块解压缩，并写入另一个内存流。

我们已经意识到进程分配的内存远高于实际解压的数据。

示例：具有2425536字节的压缩字节数组被解压缩为23050718字节。我们使用的内存分析器显示了方法MemoryStream。设置容量（Int32值）分配的67104936字节。这是保留内存和实际写入内存之间的2.9倍。

注意：MemoryStream.set_Capacity是从MemoryStream调用的。Ensure容量本身是从MemoryStream调用的。在我们的函数中编写。

为什么内存流（MemoryStream）保留了这么多容量，即使它只附加了4KB的块？

以下是解压缩数据的代码片段：

private byte[] Decompress(byte[] data)
{
    using (MemoryStream compressedStream = new MemoryStream(data))
    using (GZipStream zipStream = new GZipStream(compressedStream, CompressionMode.Decompress))
    using (MemoryStream resultStream = new MemoryStream())
    {
        byte[] buffer = new byte[4096];
        int iCount = 0;

        while ((iCount = zipStream.Read(buffer, 0, buffer.Length)) > 0)
        {
            resultStream.Write(buffer, 0, iCount);
        }
        return resultStream.ToArray();
    }
}

注：如果相关，这是系统配置：

• Windows XP 32位，
• . NET 3.5
• 使用Visual Studio 2008编译

Answer 1

看起来您正在查看分配的内存总量，而不是最后一次调用。由于内存流在重新分配时会加倍其大小，因此每次都会增长大约两倍-因此总分配的内存大约是2的幂之和，如下所示：

和_i=1^k（2ⁱ）=2^{k 1}-1。

（其中k是重新分配的数量，例如k=1 log₂StreamSize

这就是你所看到的。

Answer 2

内存流（MemoryStream）在空间不足时将其内部缓冲区加倍。这可能导致2倍的浪费。我不知道为什么你看到的不止这些。但这种基本行为是意料之中的。

如果您不喜欢这种行为，请编写您自己的流，将其数据存储在较小的块中（例如List

Answer 3

因为这是它如何扩展容量的算法。

public override void Write(byte[] buffer, int offset, int count) {

    //... Removed Error checking for example

    int i = _position + count;
    // Check for overflow
    if (i < 0)
        throw new IOException(Environment.GetResourceString("IO.IO_StreamTooLong"));

    if (i > _length) {
        bool mustZero = _position > _length;
        if (i > _capacity) {
            bool allocatedNewArray = EnsureCapacity(i);
            if (allocatedNewArray)
                mustZero = false;
        }
        if (mustZero)
            Array.Clear(_buffer, _length, i - _length);
        _length = i;
    }

    //... 
}

private bool EnsureCapacity(int value) {
    // Check for overflow
    if (value < 0)
        throw new IOException(Environment.GetResourceString("IO.IO_StreamTooLong"));
    if (value > _capacity) {
        int newCapacity = value;
        if (newCapacity < 256)
            newCapacity = 256;
        if (newCapacity < _capacity * 2)
            newCapacity = _capacity * 2;
        Capacity = newCapacity;
        return true;
    }
    return false;
}

public virtual int Capacity 
{
    //...

    set {
         //...

        // MemoryStream has this invariant: _origin > 0 => !expandable (see ctors)
        if (_expandable && value != _capacity) {
            if (value > 0) {
                byte[] newBuffer = new byte[value];
                if (_length > 0) Buffer.InternalBlockCopy(_buffer, 0, newBuffer, 0, _length);
                _buffer = newBuffer;
            }
            else {
                _buffer = null;
            }
            _capacity = value;
        }
    }
}

因此，每次您达到容量限制时，它都会将容量大小翻倍。它这样做的原因是Buffer。InternalBlockCopy操作对于大型数组来说很慢，因此如果它必须经常调整每个写入调用的大小，性能会显着下降。

要提高性能，可以做的几件事是，可以将初始容量至少设置为压缩阵列的大小，然后可以将大小增加一个小于2.0的系数，以减少正在使用的内存量。

const double ResizeFactor = 1.25;

private byte[] Decompress(byte[] data)
{
    using (MemoryStream compressedStream = new MemoryStream(data))
    using (GZipStream zipStream = new GZipStream(compressedStream, CompressionMode.Decompress))
    using (MemoryStream resultStream = new MemoryStream(data.Length * ResizeFactor)) //Set the initial size to be the same as the compressed size + 25%.
    {
        byte[] buffer = new byte[4096];
        int iCount = 0;

        while ((iCount = zipStream.Read(buffer, 0, buffer.Length)) > 0)
        {
            if(resultStream.Capacity < resultStream.Length + iCount)
               resultStream.Capacity = resultStream.Capacity * ResizeFactor; //Resize to 125% instead of 200%

            resultStream.Write(buffer, 0, iCount);
        }
        return resultStream.ToArray();
    }
}

如果您愿意，您可以执行更奇特的算法，例如根据当前压缩比调整大小

const double MinResizeFactor = 1.05;

private byte[] Decompress(byte[] data)
{
    using (MemoryStream compressedStream = new MemoryStream(data))
    using (GZipStream zipStream = new GZipStream(compressedStream, CompressionMode.Decompress))
    using (MemoryStream resultStream = new MemoryStream(data.Length * MinResizeFactor)) //Set the initial size to be the same as the compressed size + the minimum resize factor.
    {
        byte[] buffer = new byte[4096];
        int iCount = 0;

        while ((iCount = zipStream.Read(buffer, 0, buffer.Length)) > 0)
        {
            if(resultStream.Capacity < resultStream.Length + iCount)
            {
               double sizeRatio = ((double)resultStream.Position + iCount) / (compressedStream.Position + 1); //The +1 is to prevent divide by 0 errors, it may not be necessary in practice.

               //Resize to minimum resize factor of the current capacity or the 
               // compressed stream length times the compression ratio + min resize 
               // factor, whichever is larger.
               resultStream.Capacity =  Math.Max(resultStream.Capacity * MinResizeFactor, 
                                                 (sizeRatio + (MinResizeFactor - 1)) * compressedStream.Length);
             }

            resultStream.Write(buffer, 0, iCount);
        }
        return resultStream.ToArray();
    }
}