# 裸 Socket 层性能测试报告 > 测试范围：**不含协议编码器**的裸 Socket 收发链路——TCP/UDP × 单包单帧/单包多帧（粘包）× 包大小（32B~1MB）× 并发 × 客户端接收方式；**吞吐与分配以服务端为口径（优化目标），往返延迟为客户端观察**。 > 关联报告：[网络库编解码器Echo性能测试报告](/NewLife/X/Blob/v12.0.2026.0927/Doc/性能/网络库编解码器Echo性能测试报告.md)（协议层）、[内存分配与拷贝成本报告](/NewLife/X/Blob/v12.0.2026.0927/Doc/性能/../内存分配与拷贝成本报告.md)。 > 数据版本：**v3.1（2026-09-23 优化后复测）**——服务端口径（吞吐/分配）、并发与尺寸扫描、带宽比特率单位；UDP 服务端分配 330→216 B/msg、客户端连接化，UDP 高并发吞吐 +7~25%（见第七节）；工具 `Benchmark/NetLoadTest`（`run-matrix.ps1` 一键复现）。 ## 一、核心结论 > **口径**：服务端与客户端分离进程；**吞吐与分配 = 服务端口径**（吞吐取服务端接收稳态；分配取服务端进程每消息托管分配），**延迟 = 客户端观察 RTT**（往返时间只能由发起方测）；服务端接收始终是异步接收环（SAEA）。单位：带宽 = 比特率（1 Gbps = 10⁹ bit/s），包率 = kpps / Mpps。 ### 表 1 吞吐（服务端稳态，各档取最优并发） | 协议 | 场景 | 最优并发 | 带宽 | 包率 | 帧率（粘包） | 服务端分配 B/msg | |---|---|---:|---:|---:|---:|---:| | TCP | 单帧 32B | 8C | 0.38 Gbps | 1.49 Mpps | — | 0.08 | | TCP | 单帧 1KB | 32C | **13.7 Gbps** | 1.67 Mpps | — | 0.2 | | TCP | 单帧 64KB | 4C * | **53.8 Gbps** | 103 kpps | — | 1.0 | | TCP | 单帧 1MB | 8C | 33.7 Gbps | 4.0 kpps | — | 252 | | TCP | 粘包 24B 帧（64KB 包） | 8C | 42.2 Gbps | — | **218 M帧/s** | 1.5 | | UDP | 单帧 32B | 4C | 0.06 Gbps | 227 kpps | — | 216 | | UDP | 单帧 256B | 4C | 0.59 Gbps | 288 kpps | — | 216 | | UDP | 单帧 1KB | 64C | 4.08 Gbps | **499 kpps** | — | 216 | | UDP | 单帧 4KB | 4C | 8.9 Gbps | 272 kpps | — | 216 | | UDP | 单帧 16KB | 8C | 38.8 Gbps | 296 kpps | — | 216 | | UDP | 单帧 64KB（IP 分片） | 32C | **134.5 Gbps** | 257 kpps | — | 216 | | UDP | 粘包 24B 帧（64KB 包） | 4C | 82.1 Gbps | — | **422 M帧/s** | 216 | > * TCP 大包样本跨运行波动大：64KB 4 并发复测 6 次为 49.0/53.8/54.2/53-57（其中一次 40）；8 并发复测 5 次为 29.2/40.6/49.9/41.4/41.5（中位 40.6）。 ### 表 2 往返延迟（客户端观察，µs） | 协议 | 包大小 | 并发 | 接收方式 | P50 | P95 | P99 | 服务端分配 B/msg | |---|---|---:|---|---:|---:|---:|---:| | TCP | 32B | 4 | 同步 | 49.8 | 69.5 | 81 | 1.1 | | TCP | 1KB | 4 | 同步 / 异步 / 事件 | 48.2 / 56.6 / 52.8 | 65.2 / 75.8 / 69.6 | 74 / 88 / 81 | 1.1-1.3 | | TCP | 64KB | 4 | 同步 / 异步 / 事件 | 100.0 / 96.1 / 86.7 | 110.8 / 116.3 / 105.0 | 135 / 129 / 118 | 1.9-2.2 | | TCP | 1MB | 4 | 同步 | 1408.6 | 1843.7 | 2202 | 208 | | TCP | 1KB | 64 | 同步 / 异步 / 事件 | 275.1 / 276.9 / 266.6 | 401.5 / 396.3 / 390.0 | 456 / 467 / 431 | 2.4-2.5 | | TCP | 64KB | 64 | 同步 / 异步 / 事件 | 1499.6 / 1336.1 / 1414.2 | 2682.4 / 2670.0 / 2671.3 | 3358 / 3309 / 3270 | 11.7-12.6 | | UDP | 32B | 1 | 同步 | 32.6 | 49.2 | 87 | 258 | | UDP | 1KB | 1 | 同步 / 事件 | 40.7 / 48.7 | 49.6 / 59.7 | 85 / 94 | 258-260 | | UDP | 64KB | 1 | 同步 | 59.8 | 75.6 | 130 | 260 | ### 浓缩结论 - **TCP 小包由每包固定成本主导**：32B 与 1KB 包率同档（≈1.5 Mpps）；1KB 带宽从 1 并发 0.58 Gbps 升至 32 并发 **13.7 Gbps**，64 并发回落（12.7）——拐点在 16-32 并发。 - **TCP 大包进每字节成本区间**：64KB 4 并发 **53.8 Gbps（≈6.4 GiB/s）**、8 并发中位 40.6；1MB 档 33.7 Gbps。 - **UDP 包率与并发强相关**：1KB 从 4C 的 284 kpps 升至 16-64C 的 **494-499 kpps**（优化后 +20%）；64KB 从 4C 82.5 Gbps 升至 32C 的 **134.5 Gbps**。 - **UDP 服务端每消息分配恒定 216 B（TCP 近零）**：v3.1 已把每包字符串键查找开销消除（330→216，GC 频率 ~-40%，见第七节）；剩余为运行时端点对象开销（SAEA 完成回调就地更新并随会话保留，每包必须新建 IPEndPoint）。 - **延迟**：TCP 1KB 4C P50 ≈48µs、64C ≈267-277µs；事件接收尾延迟最好（64C P99 431µs vs 同步 456µs）；UDP P50 33-41µs；1MB 大包往返 P50 ≈1.4ms。 - **分配**：TCP 服务端 0.08-4.8 B/msg（GC 全零，除 1MB 档 252 B/msg 待查）；UDP 服务端 216 B/msg（每 ~6.3 万包一次 Gen0）；UDP 客户端发送 41.5→**0.4 B/msg**（v3.1 自动连接，见第七节）。 ## 二、测试方法 ### 测试环境 ```text Windows 10 (10.0.19045.6456/22H2) Intel Core i9-10900K CPU 3.70GHz, 1 CPU, 20 逻辑核心 / 10 物理核心 .NET SDK 10.0.401 Runtime: .NET 10.0.12, X64 RyuJIT x86-64-v3（Server GC） 网络：loopback（127.0.0.1），服务端与客户端分离进程 ``` ### 工具与口径（`Benchmark/NetLoadTest`） - 一键复现：`Benchmark/NetLoadTest/run-matrix.ps1`（全矩阵约 20 分钟）输出 `results.md / results.json`；单场景直连 `NetLoadTest.exe`； - **分离进程**：服务端独立进程（`--server`，静默 3 秒输出 `STEADY` 稳态中位数：带宽/包率/帧率/服务端分配/GC，然后自动退出），客户端 `--remote` 连接； - **三种测量模式**：`--oneway` 单向上行（服务端只计数，测纯接收）／`pipeline` 回显流水线／`roundtrip` 逐包往返（采样 P50/P95/P99）； - **客户端接收方式** `--recvmode`：`sync` 同步拉取／`asyncpull` 异步拉取（`ReceiveAsync`）／`event` 事件接收（`Received` 回调）； - 口径要素：预热 2s + 窗口 10s；测量前发**预热流量**（触发服务端冷启动 JIT 与池化初始化，避免首样本计入百毫秒级冷启动）；服务端接收始终是异步接收环（SAEA）；`--frame 24` 模拟粘包（24B 逻辑帧）；UDP 单包钳制 65507 字节；带宽用比特率（1 Gbps = 10⁹ bit/s ≈ 119 MiB/s）。 ## 三、吞吐（服务端接收稳态） ### 3.1 TCP **尺寸曲线（8 客户端）** | 包大小 | 带宽 | 包率 | 服务端分配 B/msg | GC | |---:|---:|---:|---:|---:| | 32B | 0.38 Gbps | 1.49 Mpps | 0.08 | 0/0/0 | | 1KB | 12.1 Gbps * | 1.48 Mpps | 0.1 | 0/0/0 | | 64KB | 40.6 Gbps * | 77 kpps | 2.2 | 0/0/0 | | 1MB | 33.7 Gbps | 4.0 kpps | 252 | 1/1/1 | **并发扫描（1KB 与 64KB）** | 并发 | 1KB 带宽 / 包率 | 64KB 带宽 | |---:|---:|---:| | 1 | 0.58 Gbps / 70 kpps | 17.1 Gbps | | 4 | 6.71 Gbps / 819 kpps | **53.8 Gbps**（复测 49.0/54.2） | | 8 | 12.1 Gbps * / 1.48 Mpps | 40.6 Gbps *（复测 5 次 29-50） | | 16 | 13.6 Gbps / 1.66 Mpps | 38.6 Gbps | | 32 | **13.7 Gbps** / 1.67 Mpps | 33.4 Gbps | | 64 | 12.7 Gbps / 1.55 Mpps | — | > * 8 并发两档跨运行波动较大，取当日复测中位（1KB：9.7/12.2/12.1；64KB：29.2/40.6/49.9）。 - 小包拐点在 **16-32 并发**（≈13.7 Gbps），再增加不再提升——单进程接收环饱和； - 64KB 大包 4 并发即达峰（≈54 Gbps、6.4 GiB/s），更多并发反而回落； - 服务端分配除 1MB 档外全部 ≈0（GC 零次）：接收路径「轮末裁决 + 句柄回挂」已达近零分配。 ### 3.2 UDP **尺寸曲线（4 客户端）** | 包大小 | 带宽 | 包率 | 服务端分配 B/msg | |---:|---:|---:|---:| | 32B | 0.06 Gbps | 227 kpps | 216 | | 256B | 0.59 Gbps | 288 kpps | 216 | | 1KB | 2.33 Gbps | 284 kpps | 216 | | 4KB | 8.9 Gbps | 272 kpps | 216 | | 16KB | 30.8 Gbps | 235 kpps | 216 | | 64KB（IP 分片） | 82.5 Gbps | 158 kpps | 216 | **并发扫描（1KB 与 64KB）** | 并发 | 1KB 带宽 / 包率 | 64KB 带宽 | |---:|---:|---:| | 1 | 0.77 Gbps / 94 kpps | 26.2 Gbps | | 2 | 1.39 Gbps / 170 kpps | 50.0 Gbps | | 4 | 2.33 Gbps / 284 kpps | 82.5 Gbps | | 8 | 3.01 Gbps / 368 kpps | 109.8 Gbps（复测 122.1/115.3） | | 16 | 4.05 Gbps / **494 kpps**（复测 4.14G/506kpps） | 126.9 Gbps | | 32 | 3.98 Gbps / 486 kpps | **134.5 Gbps** | | 64 | 4.08 Gbps / **499 kpps** | — | **客户端连接化**（v3.1 库内置：纯客户端模式打开即 Connect 远端） | 指标 | 旧版（SendTo） | v3.1（自动连接） | |---|---:|---:| | 服务端吞吐（1KB 4C / 64KB 4C） | 2.34 / 81.2 Gbps | 2.36 / 82.5 Gbps（不变） | | 客户端分配 | 41.5 B/msg | **0.4 B/msg** | - 未连接 UDP 发送走 `Socket.SendTo`，每包序列化 `SocketAddress`（实测 43 B/包）；连接化后走 `Send`（零分配）——收益在客户端，服务端吞吐不变； - 优化后 UDP 服务端分配恒定 **216 B/msg**（详见第七节）：包率从 4C 284 kpps 提升至 16-64C 的 494-506 kpps，1KB 高并发吞吐较优化前 +20%。 ### 3.3 粘包多帧（24B 逻辑帧） | 协议 | 对齐后大包 | 帧/包 | 包率 | 帧率 | 带宽 | |---|---:|---:|---:|---:|---:| | TCP | 1,008 B | 42 | 1.47 Mpps | 60.9 M帧/s | 11.9 Gbps | | TCP | 65,520 B | 2,730 | 80.6 kpps | **218 M帧/s** | 42.2 Gbps | | UDP | 1,008 B | 42 | 287 kpps | 11.8 M帧/s | 2.32 Gbps | | UDP | 65,496 B | 2,729 | 157 kpps | **422 M帧/s** | 82.1 Gbps | - 帧率随大包尺寸大幅提升（固定成本被 2,700+ 帧摊薄）；业务侧批量化是性价比最高的吞吐手段。 ### 3.4 回显流水线（客户端接收方式对照） | 包大小 | 接收方式 | 回显吞吐 | 带宽 | 服务端分配 | 客户端分配 | |---:|---|---:|---:|---:|---:| | 1KB | 同步 / 异步 / 事件 | 1.05 / 1.23 / **1.27** M msg/s | 8.6 / 10.1 / 10.4 Gbps | 0.09-0.15 | 4.4 / 24.3 / **0.01** | | 64KB | 同步 / 异步 / 事件 | 21.2 / **25.2** / 22.9 k msg/s | 11.1 / 13.2 / 12.0 Gbps | 12.0-13.6 | 156 / 568 / **0.8** | - 1KB 档事件接收吞吐最高（1.27 M msg/s）且近零分配；**客户端分配差异显著**：异步拉取状态机最高（1KB 24 B/msg、64KB 568 B/msg），事件接收近零（见第五节）。 ## 四、往返延迟（客户端观察 RTT） > RTT 只能由发起方（客户端）观察；下列延迟含客户端路径成本，服务端处理成本见「服务端分配」列。 ### 4.1 TCP | 包大小 | 并发 | 接收方式 | P50 | P95 | P99 | max | 服务端分配 B/msg | |---:|---:|---|---:|---:|---:|---:|---:| | 32B | 4 | 同步 | 49.8 | 69.5 | 80.8 | 4,433 | 1.1 | | 1KB | 4 | 同步 | 48.2 | 65.2 | 74.3 | 4,853 | 1.1 | | 64KB | 4 | 同步 | 100.0 | 110.8 | 135.3 | 3,250 | 2.1 | | 1MB | 4 | 同步 | 1,408.6 | 1,843.7 | 2,201.6 | 4,784 | 208 | | 1KB | 64 | 同步 | 275.1 | 401.5 | 455.7 | 16,361 | 2.5 | | 64KB | 64 | 同步 | 1,499.6 | 2,682.4 | 3,358.2 | 6,877 | 12.6 | | 1KB | 4 | 异步 | 56.6 | 75.8 | 87.9 | 1,570 | 1.3 | | 1KB | 64 | 异步 | 276.9 | 396.3 | 467.3 | 47,725 | 2.5 | | 64KB | 4 | 异步 | 96.1 | 116.3 | 129.1 | 1,645 | 2.1 | | 64KB | 64 | 异步 | 1,336.1 | 2,670.0 | 3,308.5 | 11,087 | 11.7 | | 1KB | 4 | 事件 | 52.8 | 69.6 | 81.1 | 2,528 | 1.1 | | 1KB | 64 | 事件 | 266.6 | 390.0 | 430.5 | 22,824 | 2.4 | | 64KB | 4 | 事件 | 86.7 | 105.0 | 117.6 | 1,135 | 1.9 | | 64KB | 64 | 事件 | 1,414.2 | 2,671.3 | 3,270.1 | 8,766 | 12.3 | - 包大小：32B/1KB 同档（P50 ≈48-50µs，链路固定成本）；64KB→87-100µs、1MB→1.4ms（带宽支配）； - 并发：4→64 使小包 P50 升至 267-277µs；64KB 大包 64 并发升至 1.34-1.50ms； - 接收方式：低并发小包同步与事件接近（48.2 vs 52.8µs）；事件接收在 64KB 与尾延迟上最优（64C P99 431µs vs 同步 456µs、异步 467µs）。 ### 4.2 UDP | 包大小 | 并发 | 接收方式 | P50 | P95 | P99 | max | 服务端分配 B/msg | |---:|---:|---|---:|---:|---:|---:|---:| | 32B | 1 | 同步 | 32.6 | 49.2 | 87.0 | 5,824 | 258 | | 1KB | 1 | 同步 | 40.7 | 49.6 | 84.9 | 5,882 | 258 | | 64KB | 1 | 同步 | 59.8 | 75.6 | 129.8 | 6,104 | 260 | | 1KB | 1 | 事件 | 48.7 | 59.7 | 94.1 | 2,236 | 260 | - UDP 单次往返 P50 ≈33-41µs，快于 TCP（省去连接/确认状态机开销）；64KB 单包 P50 60µs（IP 分片）；max 为偶发调度毛刺，低频可忽略；服务端分配 258-260 B/msg（接收+回显，较优化前 373 降 30%）。 **延迟构成**：低并发最小往返 ≈23-27µs（TCP）；该数值不是 loopback 物理极限（内核单次传输 1-1.2µs），大头是**两次用户态系统调用（Send + 阻塞 Receive 唤醒）+ 线程调度 + 服务端回显链路**。 ## 五、内存分配（服务端口径） | 场景 | 服务端 B/msg | GC 0/1/2 | 说明 | |---|---:|---|---| | TCP 单帧 32B~64KB | 0.08-2.5 | 0/0/0 | 接收路径近零（轮末裁决 + 句柄回挂复用） | | TCP 单帧 1MB | 252 | 1/1/1 | 大缓冲池行为，待专项核实 | | TCP 回显（32B~64KB） | 0.09-13.6 | 0/0/0 | 接收 + 回显发送 | | UDP 单帧（全尺寸） | **216** | 每 ~6.3 万包一次 Gen0 | v3.1 已消除每包字符串键查找（原 330）；剩余为运行时端点对象开销 | | UDP 往返（接收 + 回显） | 258-260 | — | 较优化前 373 降 30% | | TCP 客户端同步拉取往返 | 200 | — | 每包 `OwnerPacket + ArrayOwner` 句柄对 | | TCP 客户端异步拉取往返 | 615-657 | — | 每 await 的 async 状态机 + Task | | TCP 客户端事件往返 | 41-63 | — | 接收环复用句柄，近零 | | TCP 客户端流水线（同步/异步/事件） | 4.4 / 24.3 / **0.01** | — | 1KB；事件模式零分配 | | UDP 客户端发送（旧版 SendTo / v3.1） | 41.5 / **0.4** | — | v3.1 自动连接后走 `Send` | **优化进展（v3.1）** 1. ✅ **UDP 服务端接收路径**（已落地）：会话查找由字符串键改为**端点键缓存**——330→216 B/msg（-35%），Gen0 频率 ~-40%，UDP 高并发吞吐 +7~25%（见第七节）； 2. ✅ **UDP 客户端 Connect 化**（已落地）：库内置纯客户端模式自动连接，41.5→0.4 B/msg； 3. ⏳ TCP 1MB 档 252 B/msg 与 GC 1/1/1 待专项核实（疑与大缓冲池复用策略相关）。 ## 六、已知限制 - **UDP 无流控**：发送端超过服务端消费能力必然丢包（灌包过载场景），业务需自行限速；调大 `UdpServer.MaxAsync` 可增大接收环并行度（实测对包率上限无提升，1KB 极限约 500 kpps）； - **UDP 服务端仍有恒定 216 B/msg**（原 330）：为 .NET SAEA 完成回调的端点对象开销——运行时就地更新 `RemoteEndPoint` 且对象随会话保留，每轮接收必须新建 `IPEndPoint`，应用层无法安全规避（复用于重置会改到其它会话的端点）； - **TCP 1MB 档 252 B/msg**：待专项核实（大缓冲池复用策略）； - **`UdpSession` 不实现 `INetSession`**：`NetServer.Received` 的 sender 在 UDP 下为 `UdpSession`（仅 `ISocketSession`），`s is INetSession` 分支不命中，写通用代码时注意。 ## 七、优化记录（v3.1，2026-09-23 复测） | 优化项 | 实现 | 效果（复测） | |---|---|---| | UDP 会话查找去字符串键 | `SessionCollection` 新增端点键缓存（`ConcurrentDictionary<IPEndPoint>`；未命中回退字符串键，创建/移除/清理各路径同步维护并做值校验） | 服务端分配 **330→216 B/msg（-35%）**，Gen0 频率 ~-40%；UDP 高并发吞吐 +7~25%（1KB 16C 404→494 kpps、64C 499 kpps；64KB 8C 94→110-122 Gbps、32C 126→134.5 Gbps） | | UDP 客户端自动连接 | 纯客户端模式（本地端口自动分配 + 远端为单播地址）打开即 `Connect` 远端；广播/组播/指定本地端口的双角色实例保持 SendTo 语义 | 客户端发送 **41.5→0.4 B/msg**；服务端吞吐不变（2.34→2.36 Gbps 同档） | | 接收环并行度实验 | `MaxAsync` ×4（51 槽位）对照实验 | 包率无变化 → 槽位数不是 UDP 包率上限的瓶颈；保持默认 CPU×1.6 | **剩余 216 B/msg 的成因**：经 .NET 运行时源码确认，SAEA 完成回调会**就地更新** `RemoteEndPoint` 对象（`EndPoint.Create` 语义），且该对象随接收结果成为会话的远程端点被长期保留——每轮接收必须使用新的 `IPEndPoint`；复用同一实例重置会把其它会话的端点改掉。该开销在应用层已无安全优化空间。 **验证**：新增单元测试 `UdpServerCreateSessionEndPointCache`（同端点复用/销毁后重建）、`UdpClientAutoConnectRemote`（自动连接+收发）、`UdpServerNoAutoConnectForBroadcastAndLocalPort`（广播/双角色不连接）；UDP 相关 32 用例全绿；TCP 路径不受影响（复测同档）。 ## 复现命令 ```bash # 全矩阵一键跑批（约 20 分钟；-Quick 冒烟 / -SkipBuild 跳过编译 / -Only 正则过滤） pwsh -File Benchmark/NetLoadTest/run-matrix.ps1 # 单场景：分离进程单向吞吐（服务端独立进程 + 客户端只发不收；服务端 STEADY 含分配/GC） Benchmark/NetLoadTest/bin/Release/net10.0/NetLoadTest.exe --server --port 7789 --oneway Benchmark/NetLoadTest/bin/Release/net10.0/NetLoadTest.exe --remote 127.0.0.1:7789 --clients 8 --size 65536 --seconds 10 --warmup 2 --oneway # 单场景：往返延迟（客户端接收方式可选 sync|asyncpull|event） Benchmark/NetLoadTest/bin/Release/net10.0/NetLoadTest.exe --server --port 7789 --size 1024 Benchmark/NetLoadTest/bin/Release/net10.0/NetLoadTest.exe --remote 127.0.0.1:7789 --mode roundtrip --clients 4 --size 1024 --seconds 10 --recvmode event # 粘包口径（24B 逻辑帧）与 UDP 连接化实验 Benchmark/NetLoadTest/bin/Release/net10.0/NetLoadTest.exe --remote 127.0.0.1:7789 --clients 8 --size 65536 --seconds 10 --oneway --frame 24 Benchmark/NetLoadTest/bin/Release/net10.0/NetLoadTest.exe --remote 127.0.0.1:7789 --udp --clients 4 --size 1024 --seconds 10 --oneway --udpconnect ```