.NET 数据拷贝方案选择
应用中我们经常使用到数据的复制，在.NET中有多种方式可以实现复制数据或对象。选择哪种方式、是浅拷贝还是深拷贝，具体需求场景可以取决于对象的复杂性、数据量等，本文我们介绍主要的拷贝方式以及相对高性能的方案。1. MemberwiseClone拷贝
浅拷贝 Object.MemberwiseClone 方法 (System) | Microsoft Learn，指针对对象执行非静态字段的浅复制操作
[*]字段是基础类型如string、int，会全部复制过来，是全新的值
[*]字段是引用类型，则会则复制对象的引用，而不复制对象，二者对象是一个内存地址
深拷贝，则不管是字段还是引用类型，均完全实现全新的复现。
一般深拷贝可以手动实现，对象类内部添加Clone方法(也可以实现内置的统一接口ICloneable)，将所有字段重新赋值一遍、返回一个新对象。那也可以基于MemberwiseClone方案之上，对引用类型重新赋值一个新对象，实现深拷贝
深拷贝，内部克隆的对象字段可以修改，不会影响原来对象的值。
参考如下代码：
1 public class MemberwiseCloneModel 2 { 3 public int Age { get; set; } 4 public string Name { get; set; } 5 public TestMode Mode { get; set; } 6 public MemberwiseCloneModel ShallowClone() 7 { 8 return (MemberwiseCloneModel)this.MemberwiseClone(); 9 }10 public MemberwiseCloneModel DeepCopy()11 {12 var clone = (MemberwiseCloneModel)this.MemberwiseClone();13 clone.Mode = new TestMode() { Data = this.Mode?.Data ?? string.Empty };14 return clone;15 }16 }
2.Record的with数据拷贝
这是针对Record数据类的一类拷贝方式，只在C#9以上支持，详见Record - C# reference | Microsoft Learn
record因为是标记数据类，可以只有属性，所以RecordModel可以简写为RecordModel1结构：
1 public record class RecordModel2 {3 public string Name { get; set; }4 public int Age { get; set; }5 public TestMode Mode { get; set; }6 }7 public record RecordModel1(string Name, int Age, TestMode Mode);
with相当于MemberwiseClone浅拷贝，对值类型字段可以全新复制，但引用类型操作后还是同一对象 with 表达式 - 创建新对象，这些对象是现有对象的修改副本 - C# reference | Microsoft Learn
写个demo：
1 public static void TestRecordWith() 2 { 3 var original = new RecordModel() { Name = "Test", Age = 20, Mode = new TestMode() { Data = "data" } }; 4 var clone = original with { }; 5 Debug.WriteLine($"referenceEquals:{ReferenceEquals(original, clone)}"); 6 Debug.WriteLine($"clone:{clone.Name},{clone.Age},{clone.Mode.Data}"); 7 clone.Name = "Test1"; 8 clone.Age = 21; 9 clone.Mode.Data = "data1";10 Debug.WriteLine($"original after modified clone:{original.Name},{original.Age},{original.Mode.Data}");11 }
上面demo输出结果，基础类型不会被修改：
另外，with也可以同时给属性赋新值，var clone = original with { Name = "Test0" };
3. 序列化实现数据拷贝
可以通过将对象序列化为二进制、XML 或 JSON 等格式，然后再反序列化为新对象来实现深拷贝。此方法对内部引用对象字段，也适用
1）二进制格式实现比例简单，直接粘贴代码，如下：
1 public static T DeepCopy<T>(T obj) 2 { 3 using (MemoryStream memoryStream = new MemoryStream()) 4 { 5 IFormatter formatter = new BinaryFormatter(); 6 formatter.Serialize(memoryStream, obj); 7 memoryStream.Seek(0, SeekOrigin.Begin); 8 return (T)formatter.Deserialize(memoryStream); 9 }10 }
但BinaryFormatter在.NET5之后标记废弃了，原因是安全漏洞：使用 BinaryFormatter 和相关类型时的反序列化风险 - .NET | Microsoft Learn。官方推荐使用XML以及Json序列化等
2）XML序列化需要添加属性标记DataContract、DataMember（推荐Json序列化也添加此标记）
1 2 public class SerializerModel 3 { 4 5 public string Name { get; set; } 6 7 public int Age { get; set; } 8 9 public TestMode Mode { get; set; }10 }
DataContractSerializerDataContractSerializer 类 (System.Runtime.Serialization) | Microsoft Learn实现XML序列化：
1 public static T DeepCopyBySerializer<T>(T obj)2 {3 using var stream = new MemoryStream();4 var serializer = new DataContractSerializer(typeof(T));5 serializer.WriteObject(stream, obj);6 stream.Position = 0;7 return (T)serializer.ReadObject(stream);8 }
XML序列化还有一个XmlSerializer，就不介绍了。
DataContractSerializer使用的是一种流式序列化方式，复杂对象、数据量较大时，DataContractSerializer比 XmlSerializer基于反射的序列化更快。如果是需要可视化可读性强的XML、数据量小、性能要求不高，可以使用XmlSerializer
3）再说说Json序列化
已知最强的2个Json序列化器：微软的System.Text.Json和第三方成熟Newtonsoft.Json
如果是.NET版本推荐System.Text.Json，Framework版本使用Newtonsoft.Json。之前有统计过俩个方案的性能 .NET Json序列化方案选择 - 唐宋元明清2188 - 博客园
后面关注.NET8+，所以看System.Text.Json就好：
1 public static T DeepCopyByJson<T>(T obj)2 {3 var data = System.Text.Json.JsonSerializer.Serialize(obj);4 return System.Text.Json.JsonSerializer.Deserialize<T>(data);5 }
4. 第三方库 AutoMapper、DeepCloner等
补充下第三方库的使用
1 public static T DeepCopyByAutoMapper<T>(T obj) 2 { 3 var config = new MapperConfiguration(cfg => 4 { 5 cfg.CreateMap<T, T>(); 6 }); 7 var mapper = config.CreateMapper(); 8 T clone = mapper.Map<T, T>(obj); 9 return clone;10 }11 public static T DeepCopyByDeepCloner<T>(T obj)12 {13 return obj.DeepClone();14 }
性能测试Benchmark
准备同样一个大小数据，Benchmark代码如下：
1 2 public class BenchmarkTest3 {4 private readonly BenchmarkTestMode _data;5 6 public BenchmarkTest()7 {8 _data = GetData();9 } 10 11 public void ShallowCloneByMemberwiseClone() 12 { 13 var original = _data; 14 for (int i = 0; i < 1000; i++) 15 { 16 var clone = original.InnerShallowClone(); 17 } 18 } 19 20 public void ShallowCloneByRecordWith() 21 { 22 var original = _data; 23 for (int i = 0; i < 1000; i++) 24 { 25 var clone = original with { }; 26 } 27 } 28 29 public void DeepCloneByManual() 30 { 31 var original = _data; 32 for (int i = 0; i < 1000; i++) 33 { 34 var benchmarkTestMode = new BenchmarkTestMode() 35 { 36 Angle = original.Angle, 37 Name = original.Name, 38 Points = original.Points.Select(i => new Point(i.X, i.Y)).ToList() 39 }; 40 } 41 } 42 43 public void DeepCloneByMemberwiseCloneManual() 44 { 45 var original = _data; 46 for (int i = 0; i < 1000; i++) 47 { 48 var clone = original.InnerDeepClone(); 49 } 50 } 51 52 public void DeepCloneByDataContractSerializer() 53 { 54 var original = _data; 55 for (int i = 0; i < 1000; i++) 56 { 57 using var stream = new MemoryStream(); 58 var serializer = new DataContractSerializer(typeof(BenchmarkTestMode)); 59 serializer.WriteObject(stream, original); 60 stream.Position = 0; 61 var clone = (BenchmarkTestMode)serializer.ReadObject(stream); 62 } 63 } 64 65 public void DeepCloneBySystemTextJson() 66 { 67 var original = _data; 68 for (int i = 0; i < 1000; i++) 69 { 70 var data = System.Text.Json.JsonSerializer.Serialize(original); 71 var clone = System.Text.Json.JsonSerializer.Deserialize<BenchmarkTestMode>(data); 72 } 73 } 74 75 public void DeepCopyByAutoMapper() 76 { 77 var original = _data; 78 for (int i = 0; i < 1000; i++) 79 { 80 var clone = DeepCopyByAutoMapper(original); 81 } 82 } 83 84 public void DeepCopyByDeepCloner() 85 { 86 var original = _data; 87 for (int i = 0; i < 1000; i++) 88 { 89 var clone = original.DeepClone(); 90 } 91 } 92 private T DeepCopyByAutoMapper<T>(T original) 93 { 94 var config = new MapperConfiguration(cfg => 95 { 96 cfg.CreateMap<T, T>(); 97 }); 98 var mapper = config.CreateMapper(); 99 T clone = mapper.Map<T, T>(original);100 return clone;101 }102 private BenchmarkTestMode GetData()103 {104 var original = new BenchmarkTestMode() { Name = "Test", Angle = 20 };105 original.Points = new List<Point>();106 for (int i = 0; i < 1000; i++)107 {108 original.Points.Add(new Point(i, 1000 - i));109 }110 return original;111 }112 }113 114 public record class BenchmarkTestMode115 {116 117 public string Name { get; set; }118 119 public int Angle { get; set; }120 121 public List<Point> Points { get; set; }122 public BenchmarkTestMode InnerShallowClone()123 {124 return (BenchmarkTestMode)this.MemberwiseClone();125 }126 public BenchmarkTestMode InnerDeepClone()127 {128 var clone = (BenchmarkTestMode)this.MemberwiseClone();129 clone.Points = Points.Select(i => new Point(i.X, i.Y)).ToList();130 return clone;131 }132 }
然后我们使用release把test跑起来
1 var summary = BenchmarkRunner.Run<BenchmarkTest>();2 Console.WriteLine(summary);
1. 浅拷贝，我们对比MemberwiseClone 、Record数据类With
看下面测试结果，Record-with性能强的不是一丁点：
浅拷贝推荐Record数据类With操作，所以我们可以把record使用起来，record不只是简化以及可读性好。如果追求极致性能的话可以使用record struct结构体，record struct也是支持with操作。
2. 深拷贝，主要有MemberwiseClone结合手动复制、手动复制、XML序列化、JSON序列化，第三方库AutoMapper、DeepCloner
执行行Benchmark测试，结果如下：
XML/JSON序列化 性能远远小于 手动复制、DeepCloner。另外，序列化操作我们可以看到内存总量增加超级多，运行期间会带来一定的内存暴涨问题。
所以大量复杂类似数据场景，深拷贝推荐使用第三方库DeepCloner，有精力的团队可以把DeepClone放在本地管理、研究。比如上面的大量数组数据，这方面相对手动复制优化了较多性能。以下是DeepCloner force-net/DeepCloner：适用于 .NET 的快速对象克隆器优化的一些点，我翻译了下：
一般情况下推荐手动复制（或者结合MemberwiseClone），简单类型的属性对象，使用手动复制性能是最高的，可以在组件库自定义一套解析、反解析接口，在团队内统一使用。
如果只是快速实现功能、性能要求不高，可以使用XML/JSON序列化
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