.NET Core 中的去虚

  • Jonathan Allen
  • 谢丽

2017 年 12 月 24 日

话题:.NET语言 & 开发

在.NET 最初被设计出来时,方法在默认情况下必须是非虚方法。这有几个原因,其中一个是,非虚方法通常比虚方法快很多。除了虚函数表查询本身的成本之外,虚函数通常还无法内联。由于.NET 的发展趋势是倾向于使用大量的小方法,所以非内联方法的函数调用开销最终会超过方法本身的开销。我们在文章“关于 C# 的抽象与 For-Each 性能”中介绍了这种内联的部分效果。

在过去的几年中,我们习惯的 C# 一直在变化。以前,大接口并不常见,但现在,可以完全匹配所有类的“影子接口”都非常常见了。这始于 WCF,它鼓励这种做法,虽然不是必须的。随着 DI 框架性能的提升,在项目中见到面向所有非 DTO 类的影子接口已经很平常了。

方法去虚有多种方式,本质上讲,就是在特定的情况下把它们视为非虚方法。Java HotSpot 就以具备这项特性而闻名。在 Java 中,所有方法在默认情况下都是虚方法,因此,在 Java 的历史中,解决这种性能问题的需求出现得早很多。

在今年三月份,.NET Core 悄悄地对“去虚(Devirtualization)”发起了挑战。简单去虚特性处理了三种基本的场景:

  • 在 sealed 类上调用虚方法;
  • 在 sealed 方法上调用虚方法;
  • 在明确知道类型的情况下调用虚方法(例如,紧挨着构造函数)。

接口去虚也有一些基础的支持,但有限制。例如:

如果方法是 final 的,而类不明确或者不是 final 的,则不允许接口去虚,因为派生类在实现接口时还可以重写 final 方法。

需要注意的是,仅仅将类标记为“sealed”是不足以从去虚接口受益的。如果你正在使用 DI 框架隐藏运行时使用了哪个具体类,那么 JIT 编译器可能无法确定使用了什么类型。

这在 Java 中之所以不是问题,是因为 Java 去虚技术的工作原理完全不同。它是根据运行时指标试探性地去虚接口调用,对最常调用的方法重新即时编译。其中还包含了专门的防卫语句,以防具体的类型修改和去虚需要解除。

展望

.NET Core 2.0 提供了上述特性,但还有许多工作要做。下面是去虚路线图上的部分重点工作。

众所周知,在涉及接口调用时,结构很糟糕,因为它们不仅是虚的,而且还需要对值进行装箱。因此,有几项工作是为了尽可能地减少虚调用和装箱。其中一个重要的部分是一类结构,这是一个高级 JIT 概念,超出了本报道的范围。

JIT 本身的类型跟踪改进。显然,在许多情况下,JIT 在一个地方知道具体的类型,但无法将信息传递下去,因此,JIT 不得不采用更通用的机器代码。

试探性去虚也在考虑范围。根据概述,该特性不会和 Java 里的一样。更准确地说,它会根据 JIT 过程中已知的覆写清单做决定。(据推测,这会用在接口只有单个类实现的情况下,这在上文提到的 DI 场景下经常发生。)

其中有一种特殊情况,就是 EqualityComparer.Default防卫去虚。由于在绝大多数情况下,IEqualityComparer 调用都会指向默认实现(视情况不同,要么是 IEquatable,要么是 Object.Equals),所以他们觉得,如果不减慢使用非默认 IEqualityComparer 的情况,那么提升使用默认实现场景的执行速度是值得的。

查看英文原文Devirtualization in .NET Core

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