TL;DR:
StringBuilder内部是由多段 char[]组成的半自动链表，因此频繁从中间修改 StringBuilder，会将原本连续的内存分隔为多段，从而影响读取/遍历性能。
连续内存与不连续内存的性能差，可能高达 1600倍。
背景
用 StringBuilder的用户可能大都想用 StringBuilder拼接 html/json模板、组装动态 SQL等正常操作。但在一些特殊场景中——如为某种编程语言写语言服务，或者写一个富文本编辑器时， StringBuilder依然也有用武之地，通过里面的 Insert/ Remove两个方法来修改。
测试方法
Talk is cheap, show me the code:
int docLength = 10000;
void Main()
{(from power in Enumerable.Range (1, 16)let mutations = (int) Math.Pow (2, power)select new{mutations,PerformanceRatio = Math.Round (GetPerformanceRatio (docLength, mutations), 1)}).Dump();
}
float GetPerformanceRatio (int docLength, int mutations)
{var sb = new StringBuilder ("".PadRight (docLength));var before = GetPerformance (sb);FragmentStringBuilder (sb, mutations);var after = GetPerformance (sb);return (float) after.Ticks / before.Ticks;
}
void FragmentStringBuilder (StringBuilder sb, int mutations)
{var r = new Random(42);for (int i = 0; i < mutations; i++){sb.Insert (r.Next (sb.Length), 'x');sb.Remove (r.Next (sb.Length), 1);}
}
TimeSpan GetPerformance (StringBuilder sb)
{var sw = Stopwatch.StartNew();long tot = 0;for (int i = 0; i < sb.Length; i++){char c = sb[i];tot += (int) c;}sw.Stop();return sw.Elapsed;
}
关于这段代码，请注意以下几点：
通过
.PadRight(n)来直接创建长度为n的空白字符串，可以用newstring(' ',n)来代替；newRandom(42)处，我指定了一个随机因子42，确保每次分隔后分隔的位置完全相同，有利于做对照组；我分别对字符串进行了
2^1~2^16次修改，分别比较经过这么多次修改之后的性能差异；我使用
sb[i]来逐一访问StringBuilder中的位置，使内存不连续性更加突显。
运行结果
| mutations | PerformanceRatio |
|---|---|
| 2 | 1 |
| 4 | 1 |
| 8 | 1 |
| 16 | 1 |
| 32 | 1 |
| 64 | 1.1 |
| 128 | 1.2 |
| 256 | 1.8 |
| 512 | 5.2 |
| 1024 | 19.9 |
| 2048 | 81.3 |
| 4096 | 274.5 |
| 8192 | 745.8 |
| 16384 | 1578.8 |
| 32768 | 1630.4 |
| 65536 | 930.8 |
可见如果在 StringBuilder中间进行大量修改，其性能会急剧下降，注意看 32768次修改的情况下，遍历时会产生高达 1630.4倍的性能差！
解决方式
如果一定要用 StringBuilder，可以考虑在修改一定次数后，重新创建一个新的 StringBuilder，以使得访问时获得最佳的内存连续性，即可解决此问题：
void FragmentStringBuilder (StringBuilder sb, int mutations)
{var r = new Random(42);for (int i = 0; i < mutations; i++){sb.Insert (r.Next (sb.Length), 'x');sb.Remove (r.Next (sb.Length), 1);// 重点const int defragmentCount = 250;if (i % defragmentCount == defragmentCount - 1){string buf = sb.ToString();sb.Clear();sb.Append(buf);}}
}
如上，每经过 250次修改，即将原 StringBuilder删除，然后重新创建一个新的 StringBuilder，此时运行效果如下：
| mutations | PerformanceRatio |
|---|---|
| 2 | 1.2 |
| 4 | 0.7 |
| 8 | 1 |
| 16 | 1 |
| 32 | 1 |
| 64 | 1.1 |
| 128 | 1.2 |
| 256 | 1 |
| 512 | 1 |
| 1024 | 1 |
| 2048 | 1 |
| 4096 | 1.1 |
| 8192 | 1.5 |
| 16384 | 1.3 |
| 32768 | 1 |
| 65536 | 1 |
可见，在几乎所有情况下，受内存不连续造成的访问性能问题，解决——同时 250可能是一个相对比较合理的数字，在插入性能与查询/遍历性能中，获得平衡。
反思与总结
众所周知，由于 string的不可变性，拼接大量字符串时，会浪费大量内存。但使用 StringBuilder也需要了解它的结构。
StringBuilder这样做成链式的结构并非没有原因，如果考虑插入性能，做成链式接口是最优秀的。但如果考虑查询性能，链式结构就非常不利了，如果设计为非链式结构，从中间插入时， StringBuilder的内存空间可能不够，因此需要重新分配内存，这样相当于将 StringBuilder降格为 string，因此完全丧失了 StringBuilder适合做“频繁插入”的优势。
本文说的其实是一个非常特殊的例子，现实中除了语言服务、编辑器外，很少会需要这种即要频繁插入快，也要频繁修改快的场景。如果想简单点搞，用 StringBuilder会是一个有条件合适的解决方案。更适合的解决方案当然是专门的数据结构—— PieceTable，微软在 VSCode编辑器中，为了确保大文件编辑性能，使用了该数据结构，取得了非常不错的成果，参考链接：Text Buffer Reimplementation - https://code.visualstudio.com/blogs/2018/03/23/text-buffer-reimplementation。
喜欢的朋友请关注我的微信公众号：【DotNet骚操作】
