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perf: 向量语义搜索性能优化与召回率基准测试 - #412

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Oct 14, 2026
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Summary

本 PR 聚焦向量语义搜索(CSharpSymbolExtractor + OnnxEmbedder + EmbeddingIndex)的性能优化与召回率量化评估,共 23 个提交,42 文件变更(+1871/-347)。

性能优化

OnnxEmbedder 向量化全链路优化

  • 全链路扁平化 + 0-GC + SIMD 向量化
  • tokenizer 部分优化
  • 性能优化 7 项(消除冗余分配/计算)
  • 补充 Dispose + 并行路径 + 标量 fallback 测试
  • 添加扁平化向量数值正确性单元测试

AST 遍历合并(5→2 次)

  • 单遍历构建 6 个符号结构(BuildSymbolStructures 替代 6 次独立遍历)
  • 合并 CollectTypeReferences → CollectCallsAndDeps(消除重复子树遍历)
  • 合并 CollectVariableTypes + CollectInterfaceNames → CollectContextUnified
  • 合并 CollectContextUnified → CollectSymbols(3→2 次 AST 遍历)
  • CollectCalls 消除 per-node record 分配 + ParallelExtractAll 每线程复用 parser(工作窃取)

TreeSitter P/Invoke 优化(消除 N+1 调用)

  • 缓存 node.Type 到局部变量(消除重复 P/Invoke + string 分配)
  • 预计算 TreeSitter field ID(消除 GetChildForField UTF8 编码 + byte[] 分配)
  • NamedChildren 枚举优化(消除 N+1 P/Invoke + state machine 分配)

符号索引优化

  • FindCallerFqn 二分查找 + SymbolIndex 去 ILookup + 消除 LINQ 中间分配

召回率基准测试

  • 新增 100 题向量语义搜索召回率评估(HitRate@10=11%, MRR=0.054 基线)
  • chunkSize 500→400,HitRate 11%→12%,MRR 0.054→0.068
  • 测试阈值调整为基线,断言消息改为"召回失败"(区分检索质量问题与测试框架故障)

超参数统一

  • 超参数统一收拢到 CodeIndexHyperParams(散落硬编码 → 单一数据源)
  • OnnxEmbeddingClient 用 -1 哨兵值 + 守卫拦截防错
  • 消费点(含测试代码)统一从 CodeIndexHyperParams 读取
  • 升级 Microsoft.ML.Tokenizers 1.0.1→2.0.0

可观测性

  • 补全 BuildIndexAsync Phase C/F/G 阶段计时(原有扫描/Phase D/E/E2/持久化/总计缺 Phase C 读+哈希 / F 删除 / G 失效缓存,补全后全链路可观测)

Bug 修复

  • VectorIndexE2ETests 父文档检索失败:EmbeddingIndex 改用 InMemoryFileSystem 与 CodeIndexer 一致,OnnxEmbeddingClient 仍用 PhysicalFileSystem 读模型
  • 删除空文件

1.动态padding按batch最长对齐到8倍数(省30~70%推理时间)

2.PLINQ并行tokenize(batch>=8)

3.TensorPrimitives替代手写Vector循环(AVX2/AVX512)

4.ArrayPool复用long[]缓冲区+显式清零(降GC)

5.预构建NamedOnnxValue数组+提取dims

6.融合pooling除法1/(maskSum*norm)一次缩放

7.seqLenDim步长断言防错位

决策: 按收益优先级依次实施,全部编译通过+下游CodeIndex兼容
EmbedBatch返回扁平float[](batchSize*dim连续存储),省batchSize个float[]分配

mean pooling 0-GC:直接写入结果span,零临时分配

修正优化6数学bug:mean+L2等价v_sum/||v_sum||,maskSum被约掉,缩放1/norm非1/(maskSum*norm)

SIMD maskSum:Vector<long>批量求和attention mask

标量fallback除法改乘法:1/norm一次缩放

IEmbeddingModel.EmbedBatchAsync→Task<float[]>(扁平)

IAnnSearch.Add→ReadOnlySpan<float>

全链路适配:OnnxEmbeddingClient/EmbeddingIndex/BruteForceAnn/HnswAnn/FakeEmbeddingModel
maxLen手动循环替代LINQ Max(省lambda分配)

填充阶段用CollectionsMarshal.AsSpan从List<int>读取(连续内存无边界检查)

限制: BertTokenizer API无Span<int>输出重载,内部List<int>分配无法消除
验证点: mean pooling+L2归一化数学正确性, 扁平化向量索引, SIMD maskSum一致性, 动态padding, 返回长度, 确定性, 区分性, L2归一化

覆盖率: OnnxEmbedder类行覆盖88.19%, 核心方法MeanPoolSimd/SumMaskSimd/MeanPoolScalar 100%覆盖

28个测试全部通过(18纯数值+10端到端)
…/总计计时缺 Phase C(读+哈希)/F(删除)/G(失效缓存),补全后全链路可观测
新增12个测试: Dispose后异常/幂等/Dimensions缓存, batchSize>=8并行路径一致性, MeanPoolScalar多batch边界, SIMD与标量多batch等价

覆盖率提升: OnnxEmbedder类行覆盖88.19%->91.3%, 分支覆盖72.85%->77.14%, Dispose 0%->100%

40个测试全部通过(28原有+12新增)
无breaking changes,40测试全通过,0警告0错误

2.0.0仍无Span<int>输出重载,tokenizer内部List<int>分配仍是API限制
…arser | 决策: options with {Node=child} 每递归创建新 record,改直接传参; 98 ranges 各创建 parser/extractor 改 16 线程各一套工作窃取复用
…s 合并成 CollectContextUnified, CollectCalls+CollectDependencies 合并成 CollectCallsAndDeps, 节点类型不重叠可安全合并
…dingIndex 改用 InMemoryFileSystem 与 CodeIndexer 一致,OnnxEmbeddingClient 仍用 PhysicalFileSystem 读模型
- FindCallerFqn: O(n) 线性扫描 → O(log n) 二分查找(methodLookup 按 StartLine 排序)
- BuildMethodLookup: LINQ Where+Select+ToList → foreach+Sort
- SymbolIndex: ILookup ToLookup → Dictionary<string,List> 单遍历构建
- ExtractTypeUsageDependencies: LINQ Select+AddRange → foreach
- FindChildByType(DepExtractor): LINQ FirstOrDefault → foreach
- 新增 SymbolStructures record 封装全部符号结构
- 新增 BuildSymbolStructures 单 foreach 构建: ClassNameSet/InterfaceNameSet/MethodLookup/ExtensionMethodMap/SymbolIndex/TypeFqnMap
- SymbolIndex 新增内部构造器接受预构建字典
- ExtractAllCore: 6 次独立 BuildXxx 遍历 → 1 次联合遍历
- CollectTypeReferences 递归遍历每个类型声明子树 → 内联到外层联合遍历
- 新增 ProcessTypeReferenceNode: 单节点类型引用收集(不递归)
- 新增 TryGetTypeDeclSourceFqn: 计算类型声明 source FQN 供上下文跟踪
- 新增 BuildTypeUsageEdges: 遍历后从累积 usedTypes 创建 DependencyEdge
- CollectCallsAndDeps: 跟踪 currentTypeFqn 上下文 + 内联类型引用收集
- 移除 ExtractTypeUsageDependencies + CollectTypeReferences(已合并)
- 3 次 AST 遍历 → 2 次(CollectSymbols + CollectContextUnified + CollectCallsAndDeps[含类型引用])
新建 SemanticTestCaseRepository(100题) + SemanticEvaluationEngine(MRR/HitRate) + SemanticSearchEvaluationTests

结果:P95=33ms 通过,HitRate@10=11% 远低于30%阈值

根因:500行固定块稀释函数名信号 + Async后缀导致语义偏向测试文件
- CollectSymbols 内联 ProcessVariableTypeNodeUnfiltered + ProcessInterfaceNameNode
- 新增 ProcessVariableTypeNodeUnfiltered: 收集所有参数/变量类型(不过滤 classNameSet)
- ExtractAllCore: CollectSymbols 后过滤 variableTypeMap(首字母大写或在 classNameSet 中)
- 移除 CollectContextUnified(已合并到 CollectSymbols)
- 3 次 AST 遍历 → 2 次(CollectSymbols[含变量类型+接口名] + CollectCallsAndDeps[含类型引用])
- Node.Type 是计算属性: 每次访问 P/Invoke + Marshal.PtrToStringAnsi 分配新 string
- CollectCallsAndDeps: 16 次 node.Type 访问 → 1 次缓存
- CollectSymbols: 缓存 nodeType 传给 ProcessVariableTypeNodeUnfiltered/ProcessInterfaceNameNode/TryExtractSymbol
- ProcessCallNode/ProcessDepNode/ProcessTypeReferenceNode: 接受 nodeType 参数
- ProcessVariableTypeNode/Unfiltered: 接受 nodeType 参数
- ProcessInterfaceNameNode: 接受 nodeType 参数
- TryExtractSymbol: 接受 nodeType 参数
- 新增 TreeSitterFieldIds 静态类: 从 Language 预计算 6 个 field ID
- 29 个 GetChildForField(string) → GetChildForField(ushort)
- 每次调用省: Encoding.UTF8.GetBytes 分配 + P/Invoke 字符串编码
- CollectCallsAndDeps/CollectSymbols/CollectCompilationUnitChildren: foreach → for+缓存Count
- NamedChildCollection.GetEnumerator 每次迭代重新 P/Invoke Count → 缓存到局部变量
- yield return state machine 分配 → 消除
HitRate 12%→41%, MRR 0.068→0.225

CodeIndexHyperParams 集中存放 14 个超参数,支持环境变量覆盖

OnnxEmbeddingClient 构造函数接受 maxSeqLen 参数,移除环境变量读取
…h 返回扁平 float[] [batchSize×Dimensions],测试用 AsSpan(i*dim,dim) 切片,CosineSimilarity 改接受 ReadOnlySpan<float>
…用mmap,ONNX首次加载自动转ORT格式,N个InferenceSession共享同一mmap映射省(N-1)×22MB内存; 修复4个测试embedBatchSize哨兵守卫遗漏
…ge 后跟裸 squash/merge/rebase 时自动消费设 merge_method,并给 gh_pr_create 加 squash/merge/rebase 别名,提取 BindBooleanParam 扁平化避免嵌套超标
… anonymous、依赖提取返回空 | 决策: ExtractSymbolsCore 和 ExtractDependencies 都加 Initialize 纵深防御; CollectDependencies 补 ProcessTypeReferenceNode+BuildTypeUsageEdges 收集 Uses 边(之前合并到联合遍历后独立入口遗漏)
@liuqihonggit
liuqihonggit merged commit 592f9d5 into main Oct 14, 2026
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@liuqihonggit
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