为何Span性能比Memory高出10倍？附基准测试代码与结果

基准测试代码 #

private byte[] _data;

[Benchmark()]
public void SpanTest()
{
    var temp = _data.AsSpan();
    var length = BitConverter.ToInt32(temp.Slice(0, 4));
    var buffData = temp.Slice(4, length);
    var s = buffData[0];
}

[Benchmark()]
public async Task MemoryTest()
{
    var temp = _data.AsMemory();
    var length = BitConverter.ToInt32(temp.Slice(0, 4).Span);
    var buffData = temp.Slice(4, length);
    var s = buffData.Span[0];
}

基准测试结果 #

问题 #

我无法理解为何Span的性能比Memory高出10倍。在我看来，Span分配在栈上但指向堆中的数据（我的场景中），而Memory分配在堆上，这是我能看到的唯一区别。我的问题是：为何Span如此之快？我了解过ref struct，但不明白它的工作原理。

解答 #

1. Span是栈分配的ref struct，无堆开销 #

Span是ref struct类型，它的核心数据（指向内存的指针、偏移量、长度）直接存储在栈帧中，完全没有堆内存分配。而Memory是引用类型，从数组转换为Memory时会在堆上创建实例，每次调用Slice也会生成新的堆对象——这些堆分配和实例化本身就会带来额外性能损耗。

2. 避免间接寻址的额外开销 #

访问Memory内容必须先获取.Span属性，这一步需要从堆上的Memory实例读取内存范围信息，相当于多了一次堆内存的间接访问。而Span本身在栈上，所有操作（Slice、索引访问）直接基于栈上的指针和偏移量计算，不需要额外堆内存读写，减少了寻址损耗。

3. 编译器的特殊优化 #

ref struct有严格约束（不能装箱、不能被捕获到闭包、不能跨await/async边界），编译器可以对Span做更激进的优化：比如将Span的字段直接内联到调用栈中，消除不必要的对象操作；甚至直接编译为底层指针运算，进一步提升执行效率。

回到你的测试代码：

• SpanTest全程在栈上完成：AsSpan()生成栈上Span，Slice仅修改栈上的偏移和长度，索引访问直接通过栈指针计算内存地址，无堆交互。
• MemoryTest中AsMemory()和两次Slice都会创建堆对象，每次访问.Span都要从堆读取数据，这些额外步骤叠加后，就造成了10倍的性能差距。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者mazda3301