EF Core優(yōu)化技巧之預熱處理
今天和聽到同事們在討論一個關于使用EFCore時，為什么第一次查詢數(shù)據(jù)庫總是很慢的原因。我們在工作中經(jīng)常使用EFCore進行數(shù)據(jù)訪問，但發(fā)現(xiàn)每次第一次查詢都需要較長的時間，這給我們帶來了困擾。因此，我們聚在一起，探討了這個問題的原因和可能的解決方案。通過查詢相關資料，于是就有了這篇博客，現(xiàn)在分享給有需要的你。
EFCore首次使用緩慢
在使用Entity Framework Core（EF Core）時，首次查詢可能會比較慢，這是因為EF Core需要進行模型構建、元數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)庫連接建立和查詢計劃生成等操作。那么有什么辦法可以解決這個問題呢，答案之一就是使用EF Core的預熱來處理問題。
什么是EF Core的預熱問題？
EF Core是一個輕量級、可擴展的ORM（對象關系映射）框架，用于在.NET應用程序中處理數(shù)據(jù)庫操作。在應用程序啟動時，EF Core需要進行一些初始化操作，如構建模型、加載元數(shù)據(jù)和建立數(shù)據(jù)庫連接等。這些操作會導致首次查詢的耗時增加，影響應用程序的性能。當使用Entity Framework Core（EF Core）進行數(shù)據(jù)庫操作時，會涉及以下幾個操作：
- 模型構建（Model Building）：在使用EF Core之前，需要定義領域模型（Domain Model），即表示數(shù)據(jù)庫表格的CLR對象?？梢允褂脤傩宰⒔?、Fluent API或實現(xiàn)IEntityTypeConfiguration接口等方式來配置模型。在運行時，EF Core會根據(jù)模型定義生成相應的數(shù)據(jù)庫表結構。
- 元數(shù)據(jù)加載（Metadata Loading）：EF Core通過反射和模型構建過程中的元數(shù)據(jù)提供程序來加載模型的元數(shù)據(jù)。這些元數(shù)據(jù)包括實體類型的屬性、關系、索引等信息。在第一次創(chuàng)建DbContext實例時，EF Core會從模型構建器中加載元數(shù)據(jù)。
- 數(shù)據(jù)庫連接建立（Database Connection Establishment）：當執(zhí)行數(shù)據(jù)庫操作時，EF Core會根據(jù)配置連接字符串（Connection String）建立與數(shù)據(jù)庫的連接。連接字符串包含數(shù)據(jù)庫服務器的地址、身份驗證方式、數(shù)據(jù)庫名稱等信息。EF Core會根據(jù)連接字符串選擇合適的數(shù)據(jù)庫提供程序來建立連接。
- 查詢計劃生成（Query Plan Generation）：當執(zhí)行查詢操作時，EF Core會將LINQ查詢表達式或查詢方法轉換為相應的SQL查詢語句。這個過程稱為查詢翻譯（Query Translation）。EF Core會根據(jù)查詢表達式和模型的元數(shù)據(jù)生成查詢計劃，包括選擇合適的表格、列、關聯(lián)以及執(zhí)行順序等。
上述的操作都是在第一次進行數(shù)據(jù)庫查詢時執(zhí)行的，因此首次查詢可能會比較慢。這是因為EF Core需要進行模型構建、元數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)庫連接建立和查詢計劃生成等操作。為了優(yōu)化應用程序的性能，可以采取預熱操作，提前執(zhí)行這些操作，從而減少首次查詢的耗時。
預熱EF Core的解決方案
為了解決EF Core的預熱問題，我們可以采取以下措施來優(yōu)化應用程序的性能：
1. 顯式調用EnsureCreated方法
在EF Core 3.0及更高版本中，可以通過顯式調用EnsureCreated方法來預先構建模型并加載元數(shù)據(jù)。這樣，在第一次查詢時，EF Core就不需要再執(zhí)行這些操作，從而減少查詢的耗時。示例代碼如下：
using (var context = new MyDbContext())
{
context.Database.EnsureCreated();
}2. 執(zhí)行遷移操作
如果應用程序使用了EF Core的遷移功能，我們可以在應用程序啟動時執(zhí)行遷移操作。這可以通過調用Database.Migrate方法來實現(xiàn)。該方法會執(zhí)行所有的遷移操作，并初始化數(shù)據(jù)庫中的表結構和數(shù)據(jù)。示例代碼如下：
using (var context = new MyDbContext())
{
context.Database.Migrate();
}3. 預熱連接池
EF Core使用連接池來管理數(shù)據(jù)庫連接。在應用程序啟動時，我們可以預先創(chuàng)建和配置一組數(shù)據(jù)庫連接，以減少首次查詢時連接建立的時間。這可以通過設置連接池的MinPoolSize屬性和調用連接的Open方法來實現(xiàn)。示例代碼如下：
var connectionString = "Server=(localdb)\\mssqllocaldb;Database=MyDatabase;Trusted_Connection=True;";
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
var connection = new SqlConnection(connectionString);
connection.Open();
connection.Close();
}測試預熱與不預熱的對比
為了驗證預熱操作對EF Core性能的影響，我們可以編寫測試代碼來比較預熱與不預熱的情況下的查詢執(zhí)行時間。具體步驟如下：
- 創(chuàng)建一個簡單的測試應用程序，包含一個使用EF Core的查詢操作。
- 在應用程序的入口點處，分別添加預熱操作和不預熱操作的代碼。
- 編寫測試方法，分別對應預熱和不預熱的情況。在每個測試方法中，創(chuàng)建一個新的DbContext實例，并執(zhí)行相同的查詢操作。
- 使用Stopwatch類來測量每個測試方法的執(zhí)行時間，并比較兩者之間的差異。
通過以上步驟，我們可以得出預熱與不預熱的情況下查詢執(zhí)行時間的對比結果，從而判斷預熱操作對EF Core性能的影響。
示例代碼
1.初始化數(shù)據(jù)庫，寫入10萬條數(shù)據(jù)
using System;
using Microsoft.EntityFrameworkCore;
namespace EFCoreWarmup
{
// 定義實體類
public class User
{
public int Id { get; set; }
public string Name { get; set; }
}
// 定義數(shù)據(jù)庫上下文
public class AppDbContext : DbContext
{
protected override void OnConfiguring(DbContextOptionsBuilder optionsBuilder)
{
string connectionString = "Data Source=mydb.db";
optionsBuilder.UseSqlite(connectionString);
}
public DbSet<User> Users { get; set; }
}
class Program
{
// 初始化并添加10萬條記錄
static void InitializeAndAddRecords(AppDbContext context)
{
const int recordsToAdd = 100000;
for (int i = 1; i <= recordsToAdd; i++)
{
context.Users.Add(new User { Name = $"User_{i}" });
// 每1000條保存一次以提高效率
if (i % 1000 == 0)
{
context.SaveChanges();
context.Dispose();
context = new AppDbContext(); // 重新創(chuàng)建上下文以確保內存管理
}
Console.WriteLine(i);
}
}
static void Main(string[] args)
{
using(var db = new AppDbContext())
{
db.Database.EnsureCreated();
InitializeAndAddRecords(db);
}
}
}
}2.預熱前的執(zhí)行查詢
/// <summary>
/// 測試預熱前執(zhí)行查詢
/// </summary>
static void TestEfCoreWithoutWarmup()
{
var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
using (var context = new AppDbContext())
{
var users = context.Users.ToList().Take(100);
}
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine($"預熱前執(zhí)行時間: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} ms");
}
static void Main(string[] args)
{
TestEfCoreWithoutWarmup();
}運行結果：
3.預熱后的執(zhí)行查詢
/// <summary>
/// 測試預熱后執(zhí)行查詢
/// </summary>
static void TestEfCoreWithWarmup()
{
var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
using (var context = new AppDbContext())
{
var users = context.Users.ToList();
}
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine($"預熱后執(zhí)行時間: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} ms");
}
static void Main(string[] args)
{
// 執(zhí)行預熱
using (var context = new AppDbContext())
{
context.Database.EnsureCreated();
}
TestEfCoreWithWarmup();
}運行結果：
運行結果對比
預熱前后的對比，有接近1.2s的差距。由此可見預熱的情況，在一定程度上提高了首次執(zhí)行的效率。
EF Core 預熱處理的優(yōu)化技巧
提前執(zhí)行一些查詢操作，以便 EF Core 可以緩存查詢計劃、連接到數(shù)據(jù)庫并建立連接池等資源，下面是一些 EF Core 預熱處理的優(yōu)化技巧：
- 在應用程序啟動時進行預熱處理：在應用程序啟動時，執(zhí)行一些常見的查詢操作，以便 EF Core 可以緩存查詢計劃并建立數(shù)據(jù)庫連接池。這樣，在后續(xù)的請求中，EF Core 就可以直接使用已經(jīng)建立好的連接和查詢計劃，提高性能和響應速度。
- 使用后臺任務進行預熱處理：可以將預熱處理操作放在一個后臺任務中，以避免應用程序啟動時的阻塞。例如，可以使用 .NET Core 中的 Hosted Service 或者定時任務庫（如 Hangfire）來執(zhí)行預熱處理。
- 選擇適當?shù)牟樵冞M行預熱處理：根據(jù)應用程序的需求，選擇一些常用的查詢進行預熱處理。這些查詢通常是應用程序中頻繁執(zhí)行的查詢，可以幫助 EF Core 建立查詢計劃并緩存結果，從而提高性能。
- 注意預熱處理的時機和頻率：預熱處理不應該過于頻繁，否則可能會對數(shù)據(jù)庫造成額外的負擔。根據(jù)應用程序的特點和數(shù)據(jù)庫的性能，選擇適當?shù)臅r機和頻率進行預熱處理。
- 監(jiān)控和調整預熱處理的效果：在進行預熱處理后，監(jiān)控應用程序的性能和響應速度變化。如果發(fā)現(xiàn)預熱處理沒有達到預期的效果，可以考慮調整預熱處理的查詢內容或者時機。
總結
EF Core的預熱問題是由于模型構建、元數(shù)據(jù)加載、數(shù)據(jù)庫連接建立和查詢計劃生成等操作導致的。為了提高應用程序的性能，我們可以采取上述解決方案來優(yōu)化EF Core的預熱問題。通過顯式調用EnsureCreated方法、執(zhí)行遷移操作和預熱連接池，我們可以減少首次查詢的耗時，并提升應用程序的性能。
希望本文對你理解和解決EF Core的預熱問題有所幫助！
