为什么 LINQ .Where(predicate).First() 比 .First(predicate) 更快？

Question

我正在进行性能测试并发现像这样的一个 LINQ 表达式：

result = list.First(f => f.Id == i).Property

比......慢

result = list.Where(f => f.Id == i).First().Property

这似乎有些反直觉。我本以为第一个表达式会更快，因为在谓词满足时可以立即停止迭代整个列表，而我本以为使用 .Where() 表达式可能需要在调用结果子集的 .First() 之前遍历整个列表。即使后者采用了短路计算，它也不应该比直接使用 First 更快，但实际上却是这样。

以下是两个非常简单的单元测试，说明了这一点。 在 .Net 和 Silverlight 4 上启用优化编译时，TestWhereAndFirst 比 TestFirstOnly 快约 30％。 我已经尝试让谓词返回更多结果，但性能差异相同。

有人能解释一下为什么 .First(fn) 比 .Where(fn).First() 更慢吗？我发现 .Count(fn) 与 .Where(fn).Count() 相比也有类似的反直觉结果。

private const int Range = 50000;

private class Simple
{
   public int Id { get; set; }
   public int Value { get; set; }
}

[TestMethod()]
public void TestFirstOnly()
{
   List<Simple> list = new List<Simple>(Range);
   for (int i = Range - 1; i >= 0; --i)
   {
      list.Add(new Simple { Id = i, Value = 10 });
   }

   int result = 0;
   for (int i = 0; i < Range; ++i)
   {
      result += list.First(f => f.Id == i).Value;
   }

   Assert.IsTrue(result > 0);
}

[TestMethod()]
public void TestWhereAndFirst()
{
   List<Simple> list = new List<Simple>(Range);
   for (int i = Range - 1; i >= 0; --i)
   {
      list.Add(new Simple { Id = i, Value = 10 });
   }

   int result = 0;
   for (int i = 0; i < Range; ++i)
   {
      result += list.Where(f => f.Id == i).First().Value;
   }

   Assert.IsTrue(result > 0);
}

- dazza

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你的初始想法是错误的：LINQ采用延迟计算，因此当调用First()时，它将查询（Where(...)的返回值）仅匹配一次并永远不会再次查询。因此，检查的元素数量与直接使用谓词调用First(...)时完全相同。 - Jon

我得到了相同的结果，.Where().First() 是 0.021 秒，而 .First() 是 0.037 秒。这是使用一个简单的 int 列表。 - Ry-

这是一个证明，可以在 IdeOne 上运行比我的电脑更快。 - Ry-

你没有在秒表上调用 Reset() 方法；你的测试实际上显示了 First() 要快得多。 - Jay

亲自看看，First 比 Where().First() 更快，真正的答案是 Where 可枚举在每个线程中都被缓存，因此它似乎比直接使用旧式 List/Array 迭代器的 First 更快。https://dotnetfiddle.net/OrUUSG - Akash Kava

Answer 1

我得到了相同的结果：where + first比first更快。

正如Jon所指出的那样，Linq使用惰性评估，因此两种方法的性能应该（并且是）在很大程度上相似。

查看反编译器，First使用简单的foreach循环遍历集合，而Where具有专门针对不同集合类型（数组、列表等）的各种迭代器。这可能就是给Where带来微小优势的原因。

- arx

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如果我是一个框架开发者，只是在内部实现First(fn)为return Where(fn).First()，那么它将与当前的First实现完全相同，只是速度更快！这似乎是微软犯下的一个糟糕的疏忽。 - dazza

也可以将 .Count(fn) 与 .Where(fn).Count() 进行比较。由于 .Count(fn) 使用 foreach，而 .Where(fn).Count() 使用专用迭代器，后者更快。使用像 .First(fn) 和 .Count(fn) 这样的便捷方法可以使代码更加简洁，因此似乎是正确的做法，但 .Where(fn).Method() 速度明显更快。Grrrr！ - dazza

请查看 https://dotnetfiddle.net/k11nX6，你会惊讶地发现答案是错误的。 - Akash Kava

现在试试这个!!! https://dotnetfiddle.net/OrUUSG , 你的答案是错误的!!! 尝试任何组合，证明你的答案是正确的。真正的答案是 "Where enumerable caches Enumerable that is advantage over old List/Array iterator"，但这与速度无关。 - Akash Kava

尝试使用@AkashKava上面的小提琴，在4.7.2中，它确实显示了一些测试的速度更快，但当您将其切换到使用.Net 5时，差异消失了，因此看起来微软已经纠正了这个故障。 - Mog0