.NET Core 运行时和基础类库性能提升

阅读数:1680 2017 年 6 月 27 日

微软宣布改进了.NET Core 运行时和基础类库的性能。虽然没有像改进ASP.NET Core 的性能那样大肆宣传,但这些改进同样重要。

其中,以下 10 个方面的变化比较显著:集合、LINQ、压缩、加密、数学运算、序列化、文本处理、文件 I/O、网络和并发。至于任何一组性能变化如何影响具体的应用程序则取决于具体的使用模式。下面的讨论只列出了一些要点,让你对这些改进有一个大概的了解。其中有许多变化是基于开源 Pull Request 请求。这样,一些对于微软而言因为总体影响极小而不值得实现的重要修改就可以实现了。而这些修改对于很大一部分开发人员而言相当重要。

集合几乎在任何应用程序中都有广泛的应用。许多操作都通过简化集合或降低复杂度得到了改进。其中有些改进得益于减少开销,如简化操作实现更好的内联,或者减少指令数量。SortedSet 的构造函数得到了修复,因为最初该构造函数采用了一种简单的方式编写,在处理重复时可扩展性不是很好。SortedSet 的 Min 和 Max 不需要遍历整棵树。List.Add 的速度更快了。不只是 System.Collections.Generic 得到了改进,其他命名空间如 System.Collections.Concurrent 也得到了改进。 ConcurrentQueue 和 ConcurrentBag 基本上重写了。LINQ 用户应用仅从集合的改进就可以感受到性能的提升了。

此外,LINQ 本身的性能也是一个改进方面。为了减少内存分配的数量和大小以及简化算法,.NET Core 的许多操作符都重写了。例如,Enumerable.Concat 可以确保串联多个 Enumerable 时线性增长,而不是指数增长。ToList 和 Select 操作符经过了简化,减少了内存分配和委托及接口的使用,同时将字段读写最小化,避免了复制。Enumerable.ToArray 现在对内部缓冲区的管理也更好了。

与集合和 LINQ 操作内存不同,压缩通常是受 CPU 限制。例如,DeflateStream 现在使用了一个原生解压库。该原生解压库也经过了优化。

在加密方面,SHA256.Create 使用了一种原生实现,如 Windows 上的 CNG,或 Unix 上的 OpenSSL。

数学运算操作在操作 BigInteger 时的性能得到了提升。

二进制序列化是 CPU、数据和内存密集型的。.NET Core 2.0 增加了 BinaryFormatter,并允许 O(N) 算法在切换到 O(N2) 算法之前使用更长的时间。现在,较大的序列化输入可以更快地处理了。

对于文本处理,Regex.IsMatch 在内存分配方面更高效了,而且,由于数据缓存方式的变化,垃圾收集也更高效了。WebUtility.UrlDecode 不再对输入做实际上并不需要的解码了。微软针对一些内置的 Encoding 派生类型进行了循环优化。

微软对字符串操作也做了许多改进。Enum.Parse 在内存使用方面更高效了,所以垃圾收集也更高效了。各种 ToString 方法也经过了改进。String 类本身的方法也经过了改进,如 IndexOf 和 StartsWith。考虑到字符串在应用程序中使用比较多,这样的改进应该会产生巨大的影响。

文件 I/O 经过了改进。使用异步读写的 FileStreams 现在效率更高了。

底层网络协议栈经过了改进。异步套接字现在允许此类操作实际上同步完成,从而避免异步完成的开销。这些类型的变化对于使用套接字原语的上层函数有很大的影响。与上层网络类如 NetworkStream 和 SslStream 相关的工作也是一个改进的来源。

对并发与并行的修改工作已经开展。许多.NET 应用程序使用 ThreadPool 类。例如,QueueUserWorkItem 使用一个同步控制和内存分配更少的队列取代了全局队列,大大减少了垃圾收集工作。对于类似 SpinLock 这样的同步原语,相关的改进工作一直在进行。SpinLock.TryEnter 经过了改进,当无法立即获得锁时,它会更快地失败。对于使用这个类的热门执行路径,这项改进带来了巨大的性能提升。

在这一轮的性能改进工作中,有大约 1000 个 Pull Request 被合并进来,而需要完成的工作还有许多。总之,在增加基于性能的 API 及改进现有库方面,性能提升有更高的优先级。

BenchmarkDotNet 对这些修改做了一些独立的测试

查看英文原文.NET Core Runtime and Base Class Library Performance

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