今天和聽到同事們在討論一個關于使用EFCore時，為什么第一次查詢數據庫總是很慢的原因。我們在工作中經常使用EFCore進行數據訪問，但發現每次第一次查詢都需要較長的時間，這給我們帶來了困擾。因此，我們聚在一起，探討了這個問題的原因和可能的解決方案。通過查詢相關資料，于是就有了這篇博客，現在分享給有需要的你。

EFCore首次使用緩慢

在使用Entity Framework Core（EF Core）時，首次查詢可能會比較慢，這是因為EF Core需要進行模型構建、元數據加載、數據庫連接建立和查詢計劃生成等操作。那么有什么辦法可以解決這個問題呢，答案之一就是使用EF Core的預熱來處理問題。

什么是EF Core的預熱問題？

EF Core是一個輕量級、可擴展的ORM（對象關系映射）框架，用于在.NET應用程序中處理數據庫操作。在應用程序啟動時，EF Core需要進行一些初始化操作，如構建模型、加載元數據和建立數據庫連接等。這些操作會導致首次查詢的耗時增加，影響應用程序的性能。當使用Entity Framework Core（EF Core）進行數據庫操作時，會涉及以下幾個操作：

• 模型構建（Model Building）：在使用EF Core之前，需要定義領域模型（Domain Model），即表示數據庫表格的CLR對象?？梢允褂脤傩宰⒔狻luent API或實現IEntityTypeConfiguration接口等方式來配置模型。在運行時，EF Core會根據模型定義生成相應的數據庫表結構。
• 元數據加載（Metadata Loading）：EF Core通過反射和模型構建過程中的元數據提供程序來加載模型的元數據。這些元數據包括實體類型的屬性、關系、索引等信息。在第一次創建DbContext實例時，EF Core會從模型構建器中加載元數據。
• 數據庫連接建立（Database Connection Establishment）：當執行數據庫操作時，EF Core會根據配置連接字符串（Connection String）建立與數據庫的連接。連接字符串包含數據庫服務器的地址、身份驗證方式、數據庫名稱等信息。EF Core會根據連接字符串選擇合適的數據庫提供程序來建立連接。
• 查詢計劃生成（Query Plan Generation）：當執行查詢操作時，EF Core會將LINQ查詢表達式或查詢方法轉換為相應的SQL查詢語句。這個過程稱為查詢翻譯（Query Translation）。EF Core會根據查詢表達式和模型的元數據生成查詢計劃，包括選擇合適的表格、列、關聯以及執行順序等。

上述的操作都是在第一次進行數據庫查詢時執行的，因此首次查詢可能會比較慢。這是因為EF Core需要進行模型構建、元數據加載、數據庫連接建立和查詢計劃生成等操作。為了優化應用程序的性能，可以采取預熱操作，提前執行這些操作，從而減少首次查詢的耗時。

預熱EF Core的解決方案

為了解決EF Core的預熱問題，我們可以采取以下措施來優化應用程序的性能：

1. 顯式調用EnsureCreated方法

在EF Core 3.0及更高版本中，可以通過顯式調用EnsureCreated方法來預先構建模型并加載元數據。這樣，在第一次查詢時，EF Core就不需要再執行這些操作，從而減少查詢的耗時。示例代碼如下：

using (var context = new MyDbContext())
{
    context.Database.EnsureCreated();
}

2. 執行遷移操作

如果應用程序使用了EF Core的遷移功能，我們可以在應用程序啟動時執行遷移操作。這可以通過調用Database.Migrate方法來實現。該方法會執行所有的遷移操作，并初始化數據庫中的表結構和數據。示例代碼如下：

using (var context = new MyDbContext())
{
    context.Database.Migrate();
}

3. 預熱連接池

EF Core使用連接池來管理數據庫連接。在應用程序啟動時，我們可以預先創建和配置一組數據庫連接，以減少首次查詢時連接建立的時間。這可以通過設置連接池的MinPoolSize屬性和調用連接的Open方法來實現。示例代碼如下：

var connectionString = "Server=(localdb)\\mssqllocaldb;Database=MyDatabase;Trusted_Connection=True;";
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    var connection = new SqlConnection(connectionString);
    connection.Open();
    connection.Close();
}

測試預熱與不預熱的對比

為了驗證預熱操作對EF Core性能的影響，我們可以編寫測試代碼來比較預熱與不預熱的情況下的查詢執行時間。具體步驟如下：

• 創建一個簡單的測試應用程序，包含一個使用EF Core的查詢操作。
• 在應用程序的入口點處，分別添加預熱操作和不預熱操作的代碼。
• 編寫測試方法，分別對應預熱和不預熱的情況。在每個測試方法中，創建一個新的DbContext實例，并執行相同的查詢操作。
• 使用Stopwatch類來測量每個測試方法的執行時間，并比較兩者之間的差異。

通過以上步驟，我們可以得出預熱與不預熱的情況下查詢執行時間的對比結果，從而判斷預熱操作對EF Core性能的影響。

示例代碼

1.初始化數據庫，寫入10萬條數據

using System;
using Microsoft.EntityFrameworkCore;

namespace EFCoreWarmup
{
    // 定義實體類
    public class User
    {
        public int Id { get; set; }
        public string Name { get; set; }
    }

    // 定義數據庫上下文
    public class AppDbContext : DbContext
    {
        protected override void OnConfiguring(DbContextOptionsBuilder optionsBuilder)
        {
            string connectionString = "Data Source=mydb.db";
            optionsBuilder.UseSqlite(connectionString);
        }

        public DbSet<User> Users { get; set; }
    }

    class Program
    {
        // 初始化并添加10萬條記錄
	    static void InitializeAndAddRecords(AppDbContext context)
	    {
	        const int recordsToAdd = 100000;
	        for (int i = 1; i <= recordsToAdd; i++)
	        {
	            context.Users.Add(new User { Name = $"User_{i}" });
	            
	            // 每1000條保存一次以提高效率
	            if (i % 1000 == 0)
	            {
	                context.SaveChanges();
	                context.Dispose();
	                context = new AppDbContext(); // 重新創建上下文以確保內存管理
	            }
                Console.WriteLine(i);
	        }
	    }

        static void Main(string[] args)
        {
           using(var db = new AppDbContext())
           {
             db.Database.EnsureCreated();
             InitializeAndAddRecords(db); 
           }
        }
    }
}

2.預熱前的執行查詢

/// <summary>
        /// 測試預熱前執行查詢
        /// </summary>
        static void TestEfCoreWithoutWarmup()
        {
            var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
            using (var context = new AppDbContext())
            {
                var users = context.Users.ToList().Take(100);
            }
            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine($"預熱前執行時間: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} ms");
        }
        static void Main(string[] args)
        {
           TestEfCoreWithoutWarmup();
        }

運行結果：

3.預熱后的執行查詢

/// <summary>
        /// 測試預熱后執行查詢
        /// </summary>
        static void TestEfCoreWithWarmup()
        {
            var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
            using (var context = new AppDbContext())
            {
                var users = context.Users.ToList();
            }
            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine($"預熱后執行時間: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} ms");
        }
        static void Main(string[] args)
        {
            // 執行預熱
            using (var context = new AppDbContext())
            {
                context.Database.EnsureCreated();
            }
            TestEfCoreWithWarmup();
        }

運行結果：

運行結果對比

預熱前后的對比，有接近1.2s的差距。由此可見預熱的情況，在一定程度上提高了首次執行的效率。

EF Core 預熱處理的優化技巧

提前執行一些查詢操作，以便 EF Core 可以緩存查詢計劃、連接到數據庫并建立連接池等資源，下面是一些 EF Core 預熱處理的優化技巧：

• 在應用程序啟動時進行預熱處理：在應用程序啟動時，執行一些常見的查詢操作，以便 EF Core 可以緩存查詢計劃并建立數據庫連接池。這樣，在后續的請求中，EF Core 就可以直接使用已經建立好的連接和查詢計劃，提高性能和響應速度。
• 使用后臺任務進行預熱處理：可以將預熱處理操作放在一個后臺任務中，以避免應用程序啟動時的阻塞。例如，可以使用 .NET Core 中的 Hosted Service 或者定時任務庫（如 Hangfire）來執行預熱處理。
• 選擇適當的查詢進行預熱處理：根據應用程序的需求，選擇一些常用的查詢進行預熱處理。這些查詢通常是應用程序中頻繁執行的查詢，可以幫助 EF Core 建立查詢計劃并緩存結果，從而提高性能。
• 注意預熱處理的時機和頻率：預熱處理不應該過于頻繁，否則可能會對數據庫造成額外的負擔。根據應用程序的特點和數據庫的性能，選擇適當的時機和頻率進行預熱處理。
• 監控和調整預熱處理的效果：在進行預熱處理后，監控應用程序的性能和響應速度變化。如果發現預熱處理沒有達到預期的效果，可以考慮調整預熱處理的查詢內容或者時機。

總結

EF Core的預熱問題是由于模型構建、元數據加載、數據庫連接建立和查詢計劃生成等操作導致的。為了提高應用程序的性能，我們可以采取上述解決方案來優化EF Core的預熱問題。通過顯式調用EnsureCreated方法、執行遷移操作和預熱連接池，我們可以減少首次查詢的耗時，并提升應用程序的性能。

希望本文對你理解和解決EF Core的預熱問題有所幫助！