如何編寫(xiě)高性能.NET

這篇文章將為大家詳細(xì)講解有關(guān)如何編寫(xiě)高性能.NET，小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家做個(gè)參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

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減少分配率

這個(gè)幾乎不用解釋，減少了內(nèi)存的使用量，自然就減少GC回收時(shí)的壓力，同時(shí)降低了內(nèi)存碎片與CPU的使用量。你可以用一些方法來(lái)達(dá)到這一目的，但它可能會(huì)與其它設(shè)計(jì)相沖突。

你需要在設(shè)計(jì)對(duì)象時(shí)仔細(xì)檢查每個(gè)它并問(wèn)自己：

我真的需要這個(gè)對(duì)象嗎？
這個(gè)字段是我需要的嗎？
我能減少數(shù)組的尺寸嗎？
我能縮小primitives的尺寸嗎（用Int32替換Int64，其它）？
這些對(duì)象，是否只有在極少數(shù)情況下，或者只有初始化的時(shí)候才用到？
是否能將一些類轉(zhuǎn)為結(jié)構(gòu)體使他們?cè)跅Ｉ戏峙浠蛘叱蔀槟硞€(gè)對(duì)象的一部分？
我是否分配了大量?jī)?nèi)存，但實(shí)際只使用其中很小的一部分？
我可以從其它地方拿到相關(guān)數(shù)據(jù)？

小故事：在服務(wù)端一個(gè)響應(yīng)請(qǐng)求的函數(shù)里，我們發(fā)現(xiàn)在一次請(qǐng)求里會(huì)分配一些比內(nèi)存段要大的內(nèi)存。這樣導(dǎo)致每次請(qǐng)求我們都會(huì)觸發(fā)一次完整的GC，這是因?yàn)镃LR要求所有的0代對(duì)象都在一個(gè)內(nèi)存段里，當(dāng)前分配的內(nèi)存段滿了，就會(huì)開(kāi)辟一個(gè)新的內(nèi)存段，同時(shí)對(duì)原先的內(nèi)存段做一次2代的回收。這不是一個(gè)好的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槲覀兂藴p少內(nèi)存分配外別無(wú)它法。

最重要的規(guī)則

對(duì)于垃圾回收的高性能編程有一個(gè)基本規(guī)則，事實(shí)上也是代碼設(shè)計(jì)的指導(dǎo)規(guī)則。

要收集的對(duì)象要么在0代，要么不存在
Collect objects in gen 0 or not at all.

不同的是，你希望一個(gè)對(duì)象擁有極短的生命周期，在GC的時(shí)候永遠(yuǎn)不要碰到它，或者，如果你做不到這一點(diǎn)，它們應(yīng)該去2代，盡可能的快，永遠(yuǎn)的呆在那，永遠(yuǎn)不會(huì)被回收。這意味著你永遠(yuǎn)保持對(duì)長(zhǎng)生命周期對(duì)象的引用。通常，也意味著對(duì)象可重復(fù)使用，尤其是在大對(duì)象堆里的對(duì)象。
GC每高一個(gè)世代的回收會(huì)比上一個(gè)世代更加耗時(shí)。如果你想保持許多0,1代和少量的2代對(duì)象。即使開(kāi)啟后臺(tái)GC做2代做回收，也會(huì)消耗相當(dāng)CPU運(yùn)算量，你可能更愿意將這部分的CPU消耗給應(yīng)用程序，而不是GC。

Note 你可能聽(tīng)過(guò)一個(gè)說(shuō)法，每10次0代的回收會(huì)產(chǎn)生一次1代的回收，每10次1代的回收會(huì)產(chǎn)生1次2代的回收。這其實(shí)是不正確的，但是你要明白，你要盡可能產(chǎn)生多次快速的0代回收，以及少量的2代回收。

你最好避免進(jìn)行1代回收，主要是因?yàn)橐呀?jīng)從0代提升到1代的對(duì)象，會(huì)在這時(shí)候被轉(zhuǎn)入2代。1代是對(duì)象進(jìn)入2代的一個(gè)緩沖區(qū)。
理想情況下，你分配的每一個(gè)對(duì)象應(yīng)該在下一次0代回收前結(jié)束生命周期。你可以測(cè)量?jī)纱蜧C的時(shí)間間隔，并將其與應(yīng)用程序里對(duì)象的生命周期長(zhǎng)度做對(duì)比。有關(guān)如何使用工具測(cè)量生命周期的信息，可以在本章結(jié)尾看到。
你可能不習(xí)慣這樣思考，但這規(guī)則切入了應(yīng)用程序的方方面面，你需要經(jīng)常思考它，在心態(tài)要做根本的轉(zhuǎn)變，這樣才能實(shí)現(xiàn)這個(gè)最重要的規(guī)則。

縮短對(duì)象的生命周期

一個(gè)對(duì)象的作用范圍越短，在下一個(gè)GC出現(xiàn)時(shí)，它被提升到下一代的機(jī)會(huì)就越小。一般來(lái)說(shuō)，在你需要之前，不要?jiǎng)?chuàng)建對(duì)象。
同時(shí)，當(dāng)對(duì)象創(chuàng)建的代價(jià)如此之高時(shí)，異常就可以在較早的時(shí)候創(chuàng)建，這樣不會(huì)干擾到其他處理邏輯。
另外，你還要確保對(duì)象盡可能早的退出作用域。對(duì)于局部變量，你可以在最后一次使用后，甚至在方法結(jié)束前將其生命周期結(jié)束。你可一個(gè)用{}將代碼包括起來(lái)，這不會(huì)對(duì)你的運(yùn)行產(chǎn)生影響，但編譯器會(huì)認(rèn)為在這個(gè)范圍的對(duì)象已經(jīng)完成了他的生命周期，不再被使用了。如果需要調(diào)用對(duì)象的方法，盡量減少第一次和最后一次的時(shí)間間隔，以便GC盡早的回收對(duì)象。
如果對(duì)象關(guān)聯(lián)（引用）了一些會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持的對(duì)象，則需要解除他們的引用關(guān)系。你可能會(huì)有更多的空值檢查（null判斷），這可能會(huì)讓代碼變得更復(fù)雜。也會(huì)在對(duì)象的可用狀態(tài)（always having full state available）上與效率之間造成緊張關(guān)系，特別是調(diào)試的時(shí)候。
解決的一種方法是，將要清空的對(duì)象轉(zhuǎn)換為另外一種方式存在，例如：日志消息，這樣在后面的調(diào)試時(shí)可以查詢到相關(guān)信息。
另外一種方法是為代碼增加可配置選項(xiàng)（不解除對(duì)象之間的關(guān)系）：運(yùn)行程序（或者運(yùn)行程序里特定的一個(gè)部分，例如一個(gè)特定的請(qǐng)求），在這個(gè)模式中沒(méi)有解除對(duì)象引用關(guān)系，而是盡可能讓對(duì)象一直保持方便調(diào)試。

減少對(duì)象層次的深度

如本章開(kāi)頭所述，GC在回收時(shí)會(huì)順著對(duì)象的引用關(guān)系進(jìn)行遍歷。在服務(wù)器GC模式，GC會(huì)以多線程方式運(yùn)行，但如果一個(gè)線程需要處理一個(gè)對(duì)象層次很深，則所有已經(jīng)處理完的線程都需要等這個(gè)線程完成處理后才能退出。在今后的CLR版本里，你可以不用太關(guān)注這個(gè)問(wèn)題，GC在多線程執(zhí)行時(shí)會(huì)采用更好的標(biāo)記算法做負(fù)載均衡。但如果你對(duì)象層次很深，這個(gè)問(wèn)題還是要關(guān)注一下的。

減少對(duì)象之間的引用

這與上節(jié)的深度有關(guān)，但也有一些其它的因素。
一個(gè)對(duì)象如果引用了很多對(duì)象（數(shù)組，List吧），那它將花很多時(shí)間在遍歷對(duì)象上。是GC造成長(zhǎng)時(shí)間的一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗幸粋€(gè)復(fù)雜的關(guān)系圖。
另外一個(gè)問(wèn)題是，如果無(wú)法輕松的確定對(duì)象有多少引用關(guān)系，那么你就無(wú)法準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)對(duì)象的生命周期。減少這種復(fù)雜度是相當(dāng)有必要的，它不但可以讓代碼更健壯，同時(shí)也方便調(diào)試以及獲得更好的性能。
另外，還要注意不同世代對(duì)象之間的引用也會(huì)導(dǎo)致GC的效率低下，特別是舊對(duì)象對(duì)新對(duì)象的引用。例如，如果2代對(duì)象在0代對(duì)象里有引用關(guān)系，那么每次發(fā)生0代的GC時(shí)，也需要掃描部分2代對(duì)象，看看他們是否仍然保持到0代對(duì)象的引用上。雖然這不是一次完整的GC，但它仍然是不要的工作，你應(yīng)該盡量避免這種情況。

避免釘住對(duì)象（Pinning）

釘住對(duì)象可以保證從托管代碼往本地代碼里傳遞數(shù)據(jù)的安全。常見(jiàn)的有數(shù)組和字符串。如果你的代碼不需要與本地代碼做交互，則不用考慮它的性能開(kāi)銷。
釘住對(duì)象就是讓對(duì)象在垃圾回收（壓縮階段）時(shí)無(wú)法移動(dòng)他。雖然釘住對(duì)象不會(huì)造成多大開(kāi)銷，但它會(huì)妨礙到GC的回收操作，增加內(nèi)存碎片的可能性。GC在回收時(shí)會(huì)記錄對(duì)象的位置，以便在重修分配時(shí)利用它們之間的空間，但如果釘住的對(duì)象很多，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片的增加。
釘可以是顯示的也可以使隱式的。顯示的是使用GCHandle時(shí)用GCHandleType.Pinned參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，或者在unsafe模式下使用 fixed 關(guān)鍵字。使用fixed關(guān)鍵字和GCHandle的差別在于是否會(huì)顯示調(diào)用Dispose方法。使用fixed雖然很方便，但是不能在異步情況下使用，但還是可以創(chuàng)建一個(gè)句柄對(duì)象（GCHandle），在回調(diào)時(shí)傳回并處理。
隱式的釘住對(duì)象則比較常見(jiàn)，但也更難排查，也更難移除。最明顯的例子就是通過(guò)平臺(tái)調(diào)用(P/Invoke)將對(duì)象傳遞給非托管代碼。這不僅僅是你的代碼—--你經(jīng)常調(diào)用的一些托管API，實(shí)際上也是會(huì)調(diào)用本地代碼，也會(huì)將對(duì)象釘住。
CLR也會(huì)將自己的一些數(shù)據(jù)給釘住，但這通常不需要你來(lái)關(guān)心。
理想情況下，你應(yīng)該盡可能的不要釘住對(duì)象。如果不能做到，那么遵循之前的重要規(guī)則，盡可能讓這些被釘?shù)膶?duì)象盡早釋放。如果對(duì)象只是簡(jiǎn)單的被釘住后釋放，那么也不會(huì)有多少機(jī)會(huì)影響回收操作。你同時(shí)也要避免同時(shí)釘住很多個(gè)對(duì)象。被釘?shù)膶?duì)象被交換到2代或者在LOH里分配會(huì)稍微好些。根據(jù)這個(gè)規(guī)則，你可以在大對(duì)象堆上分配一個(gè)大的緩沖區(qū)，并根據(jù)實(shí)際需自己對(duì)緩沖區(qū)做管理?；蛘咴谛?duì)象對(duì)上分配緩沖區(qū)，然后在釘住他們前，使他們升級(jí)到2代。這樣比你直接將對(duì)象釘在0代上要好。

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