C#与Java统计大文件中指定值字节数量的性能差异问询：为何C#慢5倍？

最近我做了个C#和Java的性能对比测试，结果发现了一个让我困惑的情况——统计1亿字节的随机二进制文件中值大于100的字节数量时，C#的速度居然比Java慢了差不多5倍！我已经排除了调试模式的影响，甚至用BenchmarkDotNet做了严谨测试，结果还是差不多，想请教各位大佬这是怎么回事，有没有优化的方向？

测试准备：生成测试文件 #

首先我用Python生成了一个100,000,000字节的随机二进制文件，代码如下：

import random
import os

def Main():
    length = 100000000
    randomArray = random.randbytes(length)
    desktopPath = os.path.normpath(os.path.expanduser("~/Desktop"))
    fullPath = os.path.join(desktopPath, "RandomFile.dat")
    
    if os.path.isfile(fullPath):
        print("File already exists.")
        return
    
    with open(fullPath, "wb") as file:
        file.write(randomArray)
    print("The file has been created.")

Main()

核心测试逻辑 #

接下来我分别用C#和Java实现了统计逻辑，只统计TestSpeed核心函数的执行时间（文件读取和类型转换的时间不算在性能测试范围内）。

C# 实现代码

using System;
using System.Diagnostics;
using System.IO;

namespace TestYouTube
{
    public class Program
    {
        public static void Main(string[] args)
        {
            string desktopPath = Environment.GetFolderPath(Environment.SpecialFolder.Desktop);
            string fullPath = Path.Combine(desktopPath, "RandomFile.dat");
            
            if (!File.Exists(fullPath))
            {
                Console.WriteLine("The file does not exist.");
                return;
            }
            
            byte[] byteArray = File.ReadAllBytes(fullPath);
            int[] intArray = ByteArrayToIntArray(byteArray);
            
            Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
            stopwatch.Start();
            int count = TestSpeed(intArray);
            stopwatch.Stop();
            
            Console.WriteLine($"Count = {count}");
            Console.WriteLine($"Elapsed: {stopwatch.Elapsed.TotalSeconds} seconds");
            Console.ReadLine();
        }

        private static int[] ByteArrayToIntArray(byte[] byteArray)
        {
            if (byteArray == null) return null;
            if (byteArray.Length == 0) return Array.Empty<int>();
            
            int[] intArray = new int[byteArray.Length];
            for (int i = 0; i < intArray.Length; i++)
            {
                intArray[i] = byteArray[i];
            }
            return intArray;
        }

        private static int TestSpeed(int[] array)
        {
            if (array == null) throw new ArgumentNullException();
            if (array.Length == 0) throw new ArgumentException();
            
            int count = 0;
            foreach (int element in array)
            {
                if (element > 100)
                {
                    count++;
                }
            }
            return count;
        }
    }
}

Java 实现代码

import java.io.*;
import java.nio.file.*;
import javax.swing.filechooser.FileSystemView;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        FileSystemView view = FileSystemView.getFileSystemView();
        File file = view.getHomeDirectory();
        String desktopPath = file.getPath();
        Path fullPath = Paths.get(desktopPath, "RandomFile.dat");
        File randomFile = new File(fullPath.toString());
        
        if (!randomFile.exists() || randomFile.isDirectory()) {
            System.out.println("The file does not exist.");
            return;
        }
        
        byte[] array = Files.readAllBytes(randomFile.toPath());
        int[] intArray = ByteArrayToUnsignedByteArray(array);
        
        long start = System.currentTimeMillis();
        int count = TestSpeed(intArray);
        long end = System.currentTimeMillis();
        long elapsed = end - start;
        double elapsedSeconds = ((double) elapsed) / 1000;
        
        System.out.printf("Count = %d\n", count);
        System.out.printf("Elapsed: %f seconds\n", elapsedSeconds);
    }

    private static int ByteToUnsignedByte(byte b) {
        return b & 0b11111111;
    }

    private static int[] ByteArrayToUnsignedByteArray(byte[] byteArray) {
        if (byteArray == null) return null;
        if (byteArray.length == 0) return new int[0];
        
        int[] newArray = new int[byteArray.length];
        for (int i = 0; i < byteArray.length; i++) {
            int element = ByteToUnsignedByte(byteArray[i]);
            newArray[i] = element;
        }
        return newArray;
    }

    private static int TestSpeed(int[] byteArray) {
        if (byteArray == null) throw new IllegalArgumentException("The array must not be null.");
        if (byteArray.length == 0) throw new IllegalArgumentException("The array length must be non zero.");
        
        int count = 0;
        for (int element : byteArray) {
            if (element > 100) {
                count++;
            }
        }
        return count;
    }
}

测试环境参数 #

• .NET版本：.NET 9.0
• Java版本：OpenJDK 24.0.1 2025-04-15
• 操作系统：Windows 10 专业版 [Version 10.0.19045.5965]
• CPU：AMD Athlon Gold 3150U with Radeon Graphics（双核Zen 1架构）

测试结果 #

我多次运行测试，结果非常稳定：

• C#：用Stopwatch测试耗时约0.428秒，用BenchmarkDotNet测试的Mean值为411.2ms
• Java：耗时约0.077秒
  两者的统计结果一致（都是60542647），但C#的速度只有Java的1/5左右。我已经确认是用Release模式+Start Without Debugging启动的C#程序，排除了调试开销的影响。

我的疑问 #

1. 为什么两者的性能差异会这么大？是我的C#代码有可以优化的点，还是JIT编译器（RyuJIT vs HotSpot）的优化策略差异导致的？
2. 有没有什么优化手段能让C#的性能追上Java？

内容来源于stack exchange