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.NET 4.6中的性能改进

2015年07月27日 16:03供稿中心: 课工场
摘要:.NET 4.6中带来了一些与性能改进相关的CLR特性,这些特性中有一部分将会自动生效,而另外一些特性,例如SIMD与异步本地存储(Async Local Storage)则需要对编写应用的方式进行某些改动。

SIMD

Mono团队一直以他们对SIMD,即单指令流多数据流特性的支持引以为傲。SIMD是一种CPU指令集,它能够在同一时间对最多8个值进行同一操作。而随着.NET CLR版本4.6的推出,Windows开发者终于也能够使用这一特性了。

为了实际观察一下SIMD的效果,可以参考一下这个示例。假设你需要通过c[i] = a[i] + b[i]这种形式对两个数组进行相加,以得到第三个数组。通过使用SIMD,你可以按照以下方式编写代码:

for (int i = 0; i < size; i += Vector.Count)
 {
     Vectorv = new Vector(A,i) + new Vector(B,i);
     v.CopyTo(C,i);
 }

请注意这个循环是如何按Vector<int>.Count的取值进行递增的,根据CPU类型的不同,它的取值可能是4或是8。.NET JIT编译器将根据CPU的不同生成相应的代码,以4或8的值对数组进行批量相加。

这种方式看起来有些繁琐,因此微软还提供了一系列辅助类,包括:

  • Matrix3x2 结构

  • Matrix4x4结构

  • Plane结构

  • Quaternion结构

  • Vector 类

  • Vector(T) 结构

  • Vector2结构

  • Vector3结构

  • Vector4结构

程序集卸载

恐怕大多数开发者都不知道这一点:.NET经常会对同一个程序集加载两次。发生这种情况的条件是.NET首先加载了某个程序集的IL版本,随后又加载了同一程序集的NGEN版本(即预编译版本)。这种方式对于物理内存来说是相当严重的浪费,尤其是对诸如Visual Studio这样的大型32位应用程序来说更为明显。

而在.NET 4.6中,一旦CLR加载了某个程序集的NGEN版本,它会自动清空对应的IL版本所占用的内存。

垃圾回收

早先我们曾讨论过.NET 4.0中所引入的垃圾回收滞后时间模式,虽然这种方式比起让GC完全停止一段时间的做法要可靠许多,但对于许多GC场景来说,这种方式仍算不上完整。

在.NET 4.6中,你将能够通过一种更精密的方式临时中止垃圾回收器的运作,新的TryStartNoGCRegion方法允许你指定在小对象以及大对象的堆中需要多少内存。

如果出现内存不足的情况,运行时将会返回false,或是停止运行,直到通过GC清理得到足够的内存为止。你可以通过为TryStartNoGCRegion传入某个标记的方式控制这一行为,如果你成功地进入了某个无GC区域(在过程结束前不允许进行GC),那么在过程结束时必须调用EndNoGCRegion方法。

在官方文档中并没有说明该方法是否是线程安全的,不过考虑到GC的工作原理,你应当尽量避免让两个进程同时尝试改变GC状态的做法。

对于GC的另一项改进是它处理pinned对象(即一旦分配后不可移动位置的对象)的方式。虽然在文档中对此方面的描述有些语焉不详,但当你固定了某个对象的位置时,通常也会固定其相邻对象的位置。Rich Lander在文中写道:

GC将以一种更优化的方式处理pinned对象,因此GC能够将pinned对象周围的内存进行更有效地压缩。对于大量使用pin方式的大规模应用来说,这一改动将极大地改进应用的性能。

GC对于如何使用较早的几代中的内存方面也体现出更好的智能性,Rich继续写道:

第1代对象升级为第2代对象的方式也得到了改进,以更有效地使用内存。在为某一代分配新的内存空间之前,GC会先尝试使用可用的空间。同时,在利用可用空间区域创建对象时使用了新的算法,使新分配的空间大小比起从前更接近于对象的大小。

异步本地存储

最后一项改进与性能并没有直接的关系,但通过有效的利用仍然能达到优化的效果。在异步API还没有流行起来的年代,开发者可以利用线程本地存储(TLS)缓存信息。TLS对于某个特定的线程来说就像是一种全局对象,这意味着你可以直接访问上下文信息并进行缓存,而无需显式地传递某种上下文对象。

而在async/await模式中,线程本地存储就变得毫无用武之地了。因为每次调用await的时候,都有可能跳转至另一个线程。而且即便侥幸避开了这种情况,但其它代码也有可能跳转到你的线程中并干扰TLS中的信息。

新版本的.NET引入了异步本地存储(ALS)机制以解决这一问题,ALS在语义上等价于线程本地存储,但它能够随着await的调用进行相应的跳转。这一功能将通过AsyncLocal泛型类实现,其内部将调用CallContext对象用于保存数据。


标签: .net
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