优化 C#/.NET 应用的性能：从 CLR 调优到代码优化-JavaScript中文网-JavaScript教程资源分享门户

.NET 应用程序的性能一直是开发人员关注的重点。性能优化是一个复杂而且需要经验的过程。在本文中，我们将讨论如何优化 C#/.NET 应用程序的性能，包括从 CLR 调优到代码优化，以及一些示例代码来帮助你更好地理解。

CLR 调优

CLR 是 .NET 应用程序的关键组成部分。CLR 负责管理内存，执行垃圾回收，并提供使用 .NET 语言编写的应用程序的基本运行时支持。CLR 能够自动识别哪些代码执行频繁，从而优化代码的执行。我们可以通过以下方式来优化 CLR 的性能。

预编译程序集

.NET 程序在第一次运行时需要进行 JIT 编译。这将导致应用程序启动速度较慢。我们可以使用 NGen（Native Image Generator）工具将应用程序预编译，从而减少启动时间，并提高性能。

首先，我们需要确定我们需要加速的程序集。可以使用以下命令列出我们的.NET应用程序使用的所有程序集：

dir /s /b *.dll

然后，我们需要使用 NGen.exe 生成本机代码。在 Visual Studio 命令提示符下运行以下命令：

ngen install assembly_name

这将生成一些本机代码，并将其缓存。此后，每次我们使用应用程序时，启动时间就会更短，执行速度也会更快。

GC 改进

.NET 分代垃圾回收（Garbage Collection，以下简称 GC）是一种自动管理内存分配和回收的应用程序技术。CLR 实现了自动 GC，为应用程序提供了强大的内存管理功能。但是，GC 也需要时间和资源来完成其工作。如果您的应用程序执行频繁会创建大量的对象，那么 GC 的工作会变得更加复杂。在这种情况下，我们需要对 GC 进行一些改进。

在 .NET 应用程序中，GC 的基本行为由 GC 类型（例如服务器/工作站）和相应的配置文件（例如 app.config）来决定。我们可以通过修改配置文件来改变 GC 行为。

下面是一些改进 GC 性能的示例：

减少频繁 GC 引起的管理开销

使用单个全局对象创建频繁的小对象，会产生过多的垃圾，这可能会导致 GC 频繁调用，进而影响性能。解决这个问题的方法是使用对象池技术，它通过缓存池来存储常用对象，从而减少频繁 GC 引起的管理开销。

以下是一个对象池示例：

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------ ----- ------------- ----- - - -----
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    ------- -------- ---------------- ---------
    ------- -------- ------- -----------------

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使用对象池获取和添加实例对象的语法：

var pool = new ObjectPool<MyClassName>(() => new MyClassName());
var myObj = pool.GetObject();

...

pool.PutObject(myObj);

避免 Gen2 垃圾

一些高级应用程序会在应用程序运行期间创建大量的临时对象，这些对象的寿命很短。避免这些对象成为 Gen2 垃圾（一个处于最高垃圾等级的对象），可以减少 GC 频率。

我们可以使用以下技术来避免 Gen2 垃圾。

对于不可变的值类型（例如 int, char），使用 readonly 来声明，以避免更新。
对于可变值类型（例如 List、Dictionary），使用 Clear() 方法来避免产生垃圾。
对于可变值类型，尽可能使用 AddRange() 和 RemoveRange() 来以原地方式修改集合。
避免使用无效或空对象，因为空对象也会拖慢性能和导致垃圾存在。

JIT 编译器优化

JIT 编译器会将 C# 代码转换成本地机器代码，并快速生成可执行代码。但它的性能优化取决于 CLR。因此，我们需要了解 CLR 的工作原理，以最大限度地提高 JIT 编译器的性能。

以下是几个 JIT 编译器优化的示例：

分发虚拟调用

虚拟调用是一种多态方法，可以通过基类引用调用子类功能。由于虚拟调用会带来性能开销，.NET CLR 会尝试避免这种情况。CLR 会跟踪类型最后一次使用的所有虚拟调用，并将它们缓存以增加性能。

如果我们需要将虚拟调用性能提高到最优水平，我们可以考虑使用 final 关键字来避免虚拟调用，或使用结构体类型，从而避免虚拟调用的必要性。

inline 展开方法

Inline 展开方法是指将小的或简单的方法内联到调用程序中。这种技术可以减少函数调用的开销，从而提高应用程序的性能。

在 C# 中，使用 inline 关键字可以告诉 JIT 编译器在编译时对方法进行内联。它可以使 CLR 快速生成可执行的本机代码。然而，inline 关键字依赖于 JIT 编译器。并不是所有的情况都适用于 inline 关键字，这取决于方法的复杂性和大小。

在下面的示例中，我们将方法 inline 到调用函数中：

[MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
public static int AddNumbers(int a, int b)
{
    return a + b;
}

在性能和尺寸之间取得平衡时，可以通过在代码中添加一些行义数据（Attribte）来手动执行内联操作。你可以使用以下代码来完成此任务。

[System.Runtime.CompilerServices.MethodImpl(System.Runtime.CompilerServices.MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
public void DoSomething()
{
    // code here...
}

总体结论

CLR 调优是提高 .NET 应用程序性能的重要部分。通过预编译代码、改进 GC 行为和使用 JIT 编译器的优化方法，我们可以有效地提高应用程序性能。

代码优化

在执行 CLR 调优之后，我们还能对代码本身进行优化。以下是一些对代码进行优化的技巧。

避免不必要的装箱和拆箱操作

.NET 框架支持值类型和引用类型。值类型是结构体和基本类型，它们存储在堆栈上，而不是存储在堆上。而引用类型是类、接口和委托，它们存储在堆上。

在 C# 中，可以使用 object 类型来实现多态的特性，但也会导致许多装箱(把值类型转换成具有相同值的引用类型)和拆箱(把引用类型转换成值类型)操作。装箱操作可以导致性能下降，特别是在循环中多次执行时。因此，我们应该尽可能避免不必要的装箱和拆箱操作。

在下面的代码中，我们将避免不必要的装箱操作。

错误示例：

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    ---------------
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改进建议示例：

-- -------------------- ---- -------
--------- ------- - --- ------------
--- ---- - - -- - - ---- ----
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    ---------------
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------- ---- ------ -- --------
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    -------------------------------------
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避免重复计算

重复计算也会导致性能下降。所以，我们在编写代码时应该避免多次对同一个值进行计算。这种情况可以通过使用缓存来解决，缓存可以减少重复计算，从而提高程序的性能。

在下面的示例代码中，我们将采用缓存来减少不必要的计算。

错误示例：

-- -------------------- ---- -------
------ --- -------------- -- --- --
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    ------ - - - - --------
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------ ------ -------
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    ------ --------
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改进建议示例：

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------ --- -------------- -- --- --
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    ------ - - - - --------
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------ ------ -------
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    ------ ----
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一般建议

最后，以下是一些通用的建议。

尽可能使用基元类型

尽可能使用基元类型可以减少装箱和拆箱操作，从而提高程序的性能。使用基元类型可以使程序更快而不增加太多的开销。

限制为只读/只写/封闭

只读/只写/封闭（Read-only/Write-only/Encapsulate）是面向对象编程的三个基本原则。遵循这些原则可以确保程序的一致性和可维护性，并确保代码的正确性。

删除无用代码

可以通过使用一些工具，如 Visual Studio 代码分析器，来自动检测无用代码。删除无用代码可以释放内存和资源，从而提高程序性能。

总体结论

代码优化是提高 .NET 应用程序性能的重要部分。我们可以通过避免不必要的装箱和拆箱、避免重复计算和采用一些通用的建议来优化代码，以确保程序的性能最佳。

结论

C#/.NET 应用程序的性能优化是一个涉及 CLR 调优和代码优化的过程。通过使用预编译程序集、GC 改进和 JIT 编译器优化等方法，我们可以调整 CLR 的性能。而通过避免不必要的装箱和拆箱、避免重复计算和采用一些通用的建议，我们可以优化代码的性能。

无论是 CLR 调优还是代码优化，都需要经验和实践。通过这篇文章中的技术和示例代码，您可以更好地理解 C#/.NET 应用程序性能优化，并逐步提高您的编程技能。我希望这对您很有帮助，欢迎补充学习和实践。

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