最近项目有个需求,需要比较两个任意大小文件的内容是否相同,要求如下:
项目是.NET CORE,所以使用C#进行编写比较方法
文件大小任意,所以不能将文件内容全部读入到内存中进行比较(更专业点说,需要使用非缓存的比较方式)
不依赖第三方库
越快越好
为了选出最优的解决方案,我搭建了一个简单的命令行工程,准备了两个大小为912MB的文件,并且这两个文件内容完全相同.在本文的最后,你可以看到该工程的Main方法的代码.
下面我们开始尝试各个比较方法,选出最优的解决方案:
比较两个文件是否完全相同,首先想到的是用哈希算法(如MD5,SHA)算出两个文件的哈希值,然后进行比较.
废话少说,撸起袖子写一个MD5比较方法:
/// <summary> /// MD5 /// </summary> /// <param></param> /// <param></param> /// <returns></returns> private static bool CompareByMD5(string file1, string file2) { // 使用.NET内置的MD5库 using (var md5 = MD5.Create()) { byte[] one, two; using (var fs1 = File.Open(file1, FileMode.Open)) { // 以FileStream读取文件内容,计算HASH值 one = md5.ComputeHash(fs1); } using (var fs2 = File.Open(file2, FileMode.Open)) { // 以FileStream读取文件内容,计算HASH值 two = md5.ComputeHash(fs2); } // 将MD5结果(字节数组)转换成字符串进行比较 return BitConverter.ToString(one) == BitConverter.ToString(two); } }
比较结果:
Method: CompareByMD5, Identical: True. Elapsed: 00:00:05.7933178
耗时5.79秒,感觉还不错.然而,这是最佳的解决方案吗?
其实我们仔细想一下,答案应该是否定的.
因为任何哈希算法本质上都是对字节进行一定的计算,而计算过程是要消耗时间的.
很多下载网站上提供了下载文件的哈希值,那是因为下载的源文件本身不会改变,只需要计算一次源文件的哈希值,提供给用户验证即可.
而我们的需求中,两个文件都是不固定的,那么每次都要计算两个文件的哈希值,就不太合适了.
所以,哈希比较这个方案被PASS.
这种求算法最优解的问题,我以往的经验是: 去stackoverflow查找 :)
经过我的艰苦努力,找到了一个非常切题的答案:
得赞最多一个答案,将代码改造了一下放入工程中:
/// <summary> /// https://stackoverflow.com/a/1359947 /// </summary> /// <param></param> /// <param></param> /// <returns></returns> private static bool CompareByToInt64(string file1, string file2) { const int BYTES_TO_READ = sizeof(Int64); // 每次读取8个字节 int iterations = (int)Math.Ceiling((double)new FileInfo(file1).Length / BYTES_TO_READ); // 计算读取次数 using (FileStream fs1 = File.Open(file1, FileMode.Open)) using (FileStream fs2 = File.Open(file2, FileMode.Open)) { byte[] one = new byte[BYTES_TO_READ]; byte[] two = new byte[BYTES_TO_READ]; for (int i = 0; i < iterations; i++) { // 循环读取到字节数组中 fs1.Read(one, 0, BYTES_TO_READ); fs2.Read(two, 0, BYTES_TO_READ); // 转换为Int64进行数值比较 if (BitConverter.ToInt64(one, 0) != BitConverter.ToInt64(two, 0)) return false; } } return true; }
该方法基本的原理是循环读取两个文件,每次读取8个字节,转换为Int64,再进行数值比较.那么效率如何呢?
Method: CompareByToInt64, Identical: True. Elapsed: 00:00:08.0918099
什么?8秒!竟然比MD5还慢?这不是SO得赞最多的答案吗,怎么会这样?
其实分析一下不难想到原因,因为每次只读取8个字节,程序频繁的进行IO操作,导致性能低下.看来SO上的答案也不能迷信啊!
那么优化的方向就变为了如何减少IO操作带来的损耗.
既然每次8个字节太少了,我们定义一个大一些的字节数组,比如1024个字节.每次读取1024个字节到数组中,然后进行字节数组的比较.
但是这样又带来一个新问题,就是如何快速比较两个字节数组是否相同?
我首先想到的是在MD5方法中用过的----将字节数组转换成字符串进行比较:
/// <summary> /// 读入到字节数组中比较(转为String比较) /// </summary> /// <param></param> /// <param></param> /// <returns></returns> private static bool CompareByString(string file1, string file2) { const int BYTES_TO_READ = 1024 * 10; using (FileStream fs1 = File.Open(file1, FileMode.Open)) using (FileStream fs2 = File.Open(file2, FileMode.Open)) { byte[] one = new byte[BYTES_TO_READ]; byte[] two = new byte[BYTES_TO_READ]; while (true) { int len1 = fs1.Read(one, 0, BYTES_TO_READ); int len2 = fs2.Read(two, 0, BYTES_TO_READ); if (BitConverter.ToString(one) != BitConverter.ToString(two)) return false; if (len1 == 0 || len2 == 0) break; // 两个文件都读取到了末尾,退出while循环 } } return true; }
结果:
Method: CompareByString, Identical: True. Elapsed: 00:00:07.8088732
耗时也接近8秒,比上一个方法强不了多少.
分析一下原因,在每次循环中,字符串的转换是一个非常耗时的操作.那么有没有不进行类型转换的字节数组比较方法呢?
我想到了LINQ中有一个比较序列的方法SequenceEqual,我们尝试使用该方法比较: