.Net8顶级性能优化：类型转换

作者：江湖 2023-11-06 10:03:01开发 前端 .Net8通过各种骚操，化类换把性能提升到了前所未有的型转高度。超越以往任何版本，化类换也涵盖了后续版本，型转比如.NET9或许可能没有如此大的化类换性能优化了。本篇来看下它其中的型转一个优化:类型转换的优化效果。

1.前言

.Net8通过各种骚操，化类换把性能提升到了前所未有的型转高度。超越以往任何版本，化类换也涵盖了后续版本，型转比如.NET9或许可能没有如此大的化类换性能优化了。本篇来看下它其中的型转一个优化:类型转换的优化效果。

2.示例

通过类型检查的化类换优化，优化掉某些情况下类型转换的型转时候JIT类型检查的函数。下面的化类换代码是类型检查的典型应用。

[HideColumns("Error", "StdDev", "Median", "RatioSD")][DisassemblyDiagnoser(maxDepth: 0)]public class Tests{   private readonly string[] _strings = new string[1];  [Benchmark]  public string Get1() => _strings[0];  [Benchmark]  public string Get2() => Volatile.Read(ref _strings[0]);}public partial class Program{    static void Main(string[] args)   {      BenchmarkSwitcher.FromAssembly(typeof(Tests).Assembly).Run(args);   }}

我们看到_strings是个私有数组，Get1函数中获取_strings数组的第一个值。所以它是直接用ldelem.ref IL执行即可

ldelem.ref

但是Get2里面对数组元素进行了引用，所以Roslyn的指令是:

ldelema [System.Runtime]System.String

如果ref类型的变量，被赋值为不同于这个变量的类型则会违反类型安全性。通常情况下ldelema需要进行类型检查，也就是用JIT辅助函数CORINFO_HELP_LDELEMA_REF来进行检查，以确保不会违反类型安全性。

这个安全性的检查会极大损耗性能，.NET8的JIT进行了一个优化，思路是如果是sealed关键字标记的类型，就不会进行安全性检查，这样就会提高性能。为什么sealed不会呢？

这其实是利用了它的一个特性，就是不会被继承。不会被继承，就不会被子类的类型所困扰，只有string一个类型，自然不会用以进行类型检查了。

这是第一点优化,下面看下。

3.第一阶优化

优化了类型安全检查，缩短了编译时间，提高了性能。来看下.Net7和.NET8的生成Get2函数的的不同点

.Net7:

Tests.Get2()       sub       rsp,28       mov       rcx,[rcx+8]       xor       edx,edx       mov       r8,offset MT_System.String       call      CORINFO_HELP_LDELEMA_REF       mov       rax,[rax]       add       rsp,28       ret; Total bytes of code 33

.Net7它这里有一个CORINFO_HELP_LDELEMA_REF进行安全性检查。

.Net8：

; Tests.Get2()       sub       rsp,28       mov       rax,[rcx+8]       cmp       dword ptr [rax+8],0       jbe       short M00_L00       mov       rax,[rax+10]       add       rsp,28       retM00_L00:       call      CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL       int       3; Total bytes of code 29

.Net8里它没有了CORINFO_HELP_LDELEMA_REF

因为string类型是sealed,它的原型如下：

public sealed class String : IEnumerable<char>, IEnumerable, ICloneable, IComparable, IComparable<String?>, IConvertible, IEquatable<String?>{   //这里代码省略}

JIT会判断类型是否是sealed标志，如果是则不进行安全性检查优化。

虽然.Net8去掉了CORINFO_HELP_LDELEMA_REF,

但是多了范围的检查CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL，那它这个性能如何呢？

我们来测试下：

dotnet run -c Release -f net7.0 --filter "*" --runtimes net7.0 net8.0

结果是:

Method	Runtime	Mean	Ratio	Code Size
Get2	.NET 7.0	1.0537 ns	1.00	33 B
Get2	.NET 8.0	0.2423 ns	0.23	29 B

我们看到同样代码，.Net8里面比.Net7的性能提升了5倍之多。

4.第二阶优化

承接上面，上面sealed去掉了类型检查。

然后在类型转换的时候,一般的类型转换JIT使用的是CastHelpers.ChkCastAny来进行。

但是.Net8里面内联了一个方法

用以缩短CastHelpers.ChkCastAny的编译时间，提高编译的时间和程序的性能。

using BenchmarkDotNet.Attributes;using BenchmarkDotNet.Running;using System.Runtime.CompilerServices;BenchmarkSwitcher.FromAssembly(typeof(Tests).Assembly).Run(args);[HideColumns("Error", "StdDev", "Median", "RatioSD")]public class Tests{     private readonly object _o = "hello";    [Benchmark]    public string GetString() => Cast<string>(_o);    [MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)]    public T Cast<T>(object o) => (T)o;}

同样的

dotnet run -c Release -f net7.0 --filter "*" --runtimes net7.0 net8.0

结果如下：

Method	Runtime	Mean	Ratio
GetString	.NET 7.0	3.018 ns	1.00
GetString	.NET 8.0	1.198 ns	0.40

.Net8是三倍于.Net7的运行速度。去掉类型检查+类型转换的内联,大幅度的提升效率，可见.Net8的性能优化确实不容小觑。

参考如下:

https://devblogs.microsoft.com/dotnet/performance-improvements-in-net-8/

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责任编辑：武晓燕 来源： 江湖评谈 .Net8类型转换

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