PowerShell 执行速度提升

Question

昨晚我玩弄了一些用 PowerShell 编写的排序算法。事先我必须生成一个随机整数数组，这样我就有了可以排序的东西。但是，生成数组的时间太长了，所以我改进了我的代码以尽可能快地运行。

我的最终代码如下所示：

$max = 1000000
$RndNumberArr = New-Object System.Collections.ArrayList
$ran = New-Object Random
for ($i = 0; $i -lt $max; $i++)
{ 
    [void]$RndNumberArr.Add($ran.Next(0,$max))    
}

使用 Measure-Command，我的平均执行时间约为 2.5 秒。

我注意到使用ArrayList 比使用固定大小的数组更快（这对我来说没有多大意义，有更快的方法吗？）

此外，使用 .NET 方法 random.Next() 而不是 CMDLet Get-Random 也可以大大提高速度（节省了大约 30 秒）。

使用 .NET 方法有什么缺点吗？

我也认为使用

[void]$RndNumberArr.Add($ran.Next(0,$max)) 

防止Array.Add输出比使用略快

$RndNumberArr.Add($ran.Next(0,$max)) > $null

我说的对吗？

CMDLet 有明显的时差是最慢的。

$RndNumberArr.Add($ran.Next(0,$max)) | Out-Null

我的计算机硬件（尤其是 CPU）是否会影响 PowerShell 的执行速度，或者速度是否在某个时候受到了限制？如果是这样，有没有办法增强分配的系统资源以提高速度？

非常感谢。

Answer 1

Maximilian Burszley's helpful answer 提供了最快的解决方案，原因有两个：

• 它让 PowerShell 通过隐式收集来自 foreach 循环的所有输出来为您构造数组。

• 它使用..，range operator，结合foreach (1..$max) 而不是for 循环与算术；而具有范围语法的 foreach 循环会消耗更多内存 - 索引数组必须预先构造为一个整体 - 它明显快于算术 for 循环。

  • 作为一般规则，由 PowerShell 引擎本身执行的任何操作都比由用户代码执行的要好得多。

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我注意到使用 ArrayList 比使用固定大小的 Array 更快

这是因为 .NET 数组是 固定大小 集合，因此您不能添加元素到数组中以迭代地构造它.

PowerShell 通过允许您执行 $array += ... 向您隐藏了这一事实，但在幕后所做的是每次都创建一个 new 数组，其中包含所有原始元素加上新元素。因此，在具有多次迭代的循环中，每次迭代都必须创建一个新数组，这会导致性能非常差。

This GitHub issue 提出了一个潜在的未来增强功能，允许以 PowerShell 惯用的方式构建固有的可扩展列表。

另外，我认为使用 [void]$RndNumberArr.Add($ran.Next(0,$max)) 防止Array.Add 输出比使用稍快 $RndNumberArr.Add($ran.Next(0,$max)) > $null 我说的对吗？

是的，表达式的输出[void] 更快，但您应该考虑使用同样快速的$null = ... 来代替语法方便，因为= 有最低的运算符优先级，因此您不必担心将 RHS 包含在 (...) 中，这与 [void] 不同，因为 casts 具有高优先级。

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使用 .NET 方法有什么缺点吗？

让我们先说明优势：

能够调用几乎任何 .NET 类型的方法是 PowerShell 的一项出色的可扩展性功能 - 每当 PowerShell 不通过其 cmdlet/函数和运算符提供功能或不提供足够的性能时，.NET 类型的方法通常会。

也就是说，有 缺点：

• 在语法上，方法语法（(...) 围绕在参数列表周围，以,-分隔）可能会与 PowerShell 的参数模式（命令）语法混淆 (shell-like: no (...) 在参数周围，它们是 空格 - 分隔的); Set-StrictMode -Version 2 或更高版本可以帮助您检测无意中尝试使用方法语法调用 PowerShell cmdlet/函数。

• 虽然很少发生，但由于 PowerShell 的后期绑定性质，在以后的 .NET 框架版本中引入的新方法重载可能会破坏现有代码：如果新的重载恰好导致现有代码绑定到它们，事情可能会中断。

  • 一个具体的例子是在 .NET 4.5.1 中为 [System.Runtime.InteropServices.Marshal]::sizeof() 方法引入了一个新的重载 - 请参阅 https://github.com/PowerShell/PowerShell/issues/3809#issuecomment-302804271

• .NET 类型方法的帮助未与 PowerShell 的帮助系统集成。

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我的计算机硬件（尤其是 CPU）是否会影响 PowerShell 的执行速度，或者速度是否在某个时候受到了限制？如果是这样，有没有办法增强分配的系统资源以提高速度？

据我所知，没有限制 CPU 使用，但我无法说明是否/如何使用多个 CPU/内核 - 如果有人知道，请告诉我们。

一般来说，如果适合给定的任务，并行化可能会加快速度，有几种方法可以做到这一点：

• 将后台作业与Start-Job一起使用

• 作为一种更快的替代方法，使用 PowerShell SDK 为每个进程创建多个运行空间，这是社区提供的 PoshRSJob module 以封装良好的 PowerShell 惯用形式提供的。

• 在 Windows PowerShell 中，工作流提供并行执行。

• 最后——再次，如果对手头的任务是可行的——您可以使用Invoke-Command将任务分散到多台计算机上并行执行。

Answer 2

如果您的目标是生成大量随机整数列表，我建议完全避免列表管理：

$r = [Random]::new()
$max = 1000000
$list = foreach ($i in 1..$max)
{
    $r.Next(0, $max)
}

与使用 for 循环相比，此代码的运行速度几乎是两倍（大约 1.4-1.5 秒，而 2.6 秒）。