.Net Discovery系“.NET技术”列之-深入理解平台机制与性能影响 (中)

简介:   上一篇文章中Aicken为大家介绍了.Net平台的垃圾回收机制与其对性能的影响,这一篇中将继续为大家介绍.Net平台的另一批黑马—JIT。有关JIT的机制分析  ● 机制分析以C#为例,在C#代码运行前,一般会经过两次编译,第一阶段是C#代码向MSIL的编译,第二阶段是IL向本地代码的编译。

  上一篇文章中Aicken为大家介绍了.Net平台的垃圾回收机制与其对性能的影响,这一篇中将继续为大家介绍.Net平台的另一批黑马—JIT。有关JIT的机制分析

  ● 机制分析以C#为例,在C#代码运行前,一般会经过两次编译,第一阶段是C#代码向MSIL的编译,第二阶段是IL向本地代码的编译。第一阶段的编译成果是生成托管模块,第二阶段的编译成果是生成本地代码以供运行,从这里各位同学可以看出,第一阶段生成的MSIL是不能直接运行的。必须指出的是JIT在第一次编译IL后,会修改对应方法相应的内存地址入口,下一次需要执行这个方法时,CLR会直接访问对应的内存地址,而不会经过JIT了。

  以Load()方法为例,假如Load()方法中调用了两次同类型中的方法:

 
 
Void Load(){A.a1( " First " );A.a1( " Second " );}
  
static class A{Public void a1( string str){上海网站建设}
  Public
void a2( string str){}
  Public
void a3( string str){}}

  运行时,操作系统会根据托管模块中各种头信息,装载相应的运行时框架,Load()被加载,由于是第一次加载,这会触发对Load()的即时编译,JIT会检测Load()中引用的所有类型,并结合元数据遍历这些类型中定义的所有方法实现,并用一个特殊的HashTable(仅用于理解)储存这些类型方法与其对应的入口地址(在未被JIT前,这个入口地址为一个预编译代理(PreJitStub),这个代理负责触发JIT编译),根据这些地址,就可以找到对应的方法实现。在初始化时,HashTable中各个方法指向的并不上海企业网站设计与制作是对应的内存入口地址,而是一个JIT预编译代理,这个函数负责将方法编译为本地代码。注意,这里JIT还没有进行编译,只是建立了方法表!

图2方法表、方法描述、预编译代理关系

  图2中所示的MS核心引擎指的是一个叫做MSCorEE的DLL,即Microsoft .NET Runtime Execution Engine,它是一个桥接DLL,连同mscorwks.dll主要完成以下工作:

  1.查找程序集中包含的对应类型清单,并调用元数据遍历出包含的方法。

  2.结合元数据获得这个方法的IL。

  3.分配内存。

  4.编译IL本地代码,并保存在第3步所分配的内存中。

  5.将类型表(就是指上文中提到的HashTable)中方法地址修改为第3步所分配的内存地址。

  6.跳转至本地代码中执行。所以随着程序的运行时间增加,越来越多的方法的IL被编译为本地代码,JIT的调用次数也会不断减少。下面借助WinDbg来证实以上的说法,加载WinDbg的过程略。以下测试源代码可以从这里下载http://files.cnblogs.com/isline/IsLine.JITTester.rar

 
 
namespace JITTester{
public partial class Form1 :
Form{
public Form1()
{
InitializeComponent();
}
private void Form1_Load( object sender, EventArgs e){}
private void GO_Click( object sender, EventArgs e)
{
new A().a1();lb_msg.Text = " 调用完毕! " ;}}
class A{ public void a1() { }
public C a2 = new C();}
class B{ public void b1() { }
public void b2() { }}
class C{ public void c1() { }
public void c2() { }}}

使用name2ee命令遍历所有已加载模块,如下图:

图3 查看类型信息

  回车后注意高亮区域的信息:

图4 JIT前A类型的信息

  高亮区域显示的是,这说明虽然运行和程序,但未点击按钮时,A类型未被JIT,因为它还没有入口地址。这一点体现了即时、按需编译的思想。同样,!name2ee *!JITTester.B和!name2ee *!JITTester.C命令会得到同样的结果。好,现在继续,Detach Debuggee进程,并回到程序中点击GO按钮

图5 点击按钮

  然后重新附加进程,这时程序已经调用了new A().a1()方法,并重新执行令!name2ee *!JITTester.A ,注意高亮部分

图6 JIT后A类型的信息

  和图4中的信息比较,图6中的方法表地址已经变为JIT后的内存地址,这时图2中的Stub槽将被一条强制跳转语句替换,跳转目标与该地址有关。这一点说明JIT在大多情况下,只编译一次代码。同样命令查看B类型:

图7 JIT后B类型的信息

  该类型未被调用,所以还未被JIT。C类型:

图8 JIT后C类型的信息

  由于实例化A类型时和C类型相关,所以C类型已经JIT了。这就是一个类型被JIT的全部过程。

  ● 性能影响分析通过以上的分析,大家已经能够了解,即时编译这个过程是在运行时发生的,这会不会对性能产生影响呢?事实上答案是虽然是肯定的,但这种开销物有所值,并且如上所说的,JIT在第一次编译IL后,会修改对应方法相应的内存地址入口(绕口啊~~),下一次需要执行这个方法时,CLR会直接访问对应的内存地址,而不会经过JIT了。

  1.JIT所造成的性能开销并不显著。

  2.JIT遵循计算机体系理论中两个经典理论:局部性原理与8020原则。局部性原理指出,程序总是趋向于使用最近使用过的数据和指令,这包括空间的和时间的,将局部性原理引申可以得出,程序总是趋向于使用最近使用过的数据和指令,以及这些正在使用的数据和指令临近的数据和指令(凭印象写的,但不曲解原意);而8020原则指出,系统大多数时间总是花费80%的时间去执行那20%的代码。根据这两个原则,JIT在运行时会实时的向前、后优化代码,这样的工作只有在运行时才可以做到。

  3.JIT只编译需要的那一段代码,而不是全部,这样节约了不必要的内存开销。

  4.JIT会根据运行时环境,即时的优化IL代码,即同样的IL代码运行在不同CPU上,JIT编译出的本地代码是不同的,这些不同代码面向自己的CPU做出了优化。

  5.JIT会对代码的运行情况进行检测,并对那些特殊的代码经行重新编译,在运行过程中不断优化。此外你可以利用NGen.exe创建托管程序集的本机映像,运行该程序集时,就会自动使用该本机映像而不是JIT它们。这听起来似乎很美妙,但是你必须做好以下准备:

  1.当FrameWork版本、CPU类型、操作系统版本发生变化时,.Net会恢复JIT机制。

  2.NGen.exe工具并不能避免发布IL,事实上,即使使用NGen.exe工具,CLR依然会使用到元数据和IL。

  3.忽略了局部性原理(上一节中提到的),系统会加载整个映像文件到内存中,并很可能重定位文件,修正内存地址引用。

  4.NGen.exe生成的代码无法在运行时进行优化,无法直接访问静态资源,也无法在应用程序域之间共享程序集。所以,除非你已十分清楚程序性能是由于首次编译造成的性能问题,否则尽量不要人工生成本地代码。

  JIT很优秀,它不但有编译的本事,还会根据内存资源情况换出使用率低的代码,节省资源,这对于一些基于.Net平台的电子产品是很重要的。基于B/S模式运行的系统,如果使用率较高,可以基本忽略JIT带来的性能损失,因为根据局部性原理与8020原则,常用的模块都是编译完毕的,只有那些不常用的模块,在第一次使用时会被编译,并损失用一些时间。

  相关文章:.Net Discovery系列-深入理解平台机制与性能影响(上)

                      .Net Discovery系列之-深入理解平台机制与性能影响(下)

目录
相关文章
|
2天前
|
人工智能 开发框架 量子技术
【专栏】.NET 技术:驱动创新的力量
【4月更文挑战第29天】.NET技术,作为微软的开发框架,以其跨平台、开源和语言多样性驱动软件创新。它在云计算、AI/ML、混合现实等领域发挥关键作用,通过Azure、ML.NET等工具促进新兴技术发展。未来,.NET将涉足量子计算、微服务和无服务器计算,持续拓宽软件开发边界,成为创新的重要推动力。掌握.NET技术,对于开发者而言,意味着握有开启创新的钥匙。
|
2天前
|
缓存 监控 算法
【专栏】.NET 开发:实现卓越性能的途径
【4月更文挑战第29天】本文探讨了.NET开发中的性能优化,强调了理解性能问题根源和使用分析工具的重要性。基础优化包括代码优化(如减少计算、避免内存泄漏)、资源管理及选择合适算法。高级策略涉及并行编程、缓存策略、预编译(AOT)和微服务架构。持续性能测试与监控是关键,包括性能测试、监控分析和建立优化反馈循环。开发者应持续学习和实践性能优化,以构建高性能应用。
|
2天前
|
开发框架 .NET C#
【专栏】理解.NET 技术,提升开发水平
【4月更文挑战第29天】本文介绍了.NET技术的核心概念和应用,包括其跨平台能力、性能优化、现代编程语言支持及Web开发等特性。文章强调了深入学习.NET技术、关注社区动态、实践经验及学习现代编程理念对提升开发水平的重要性。通过这些,开发者能更好地利用.NET构建高效、可维护的多平台应用。
|
2天前
|
机器学习/深度学习 vr&ar 开发者
【专栏】.NET 技术:引领开发新方向
【4月更文挑战第29天】本文探讨了.NET技术如何引领软件开发新方向,主要体现在三方面:1) 作为跨平台开发的先锋,.NET Core支持多操作系统和移动设备,借助.NET MAUI创建统一UI,适应物联网需求;2) 提升性能和开发者生产力,采用先进技术和优化策略,同时更新C#语言特性,提高代码效率和可维护性;3) 支持现代化应用架构,包括微服务、容器化,集成Kubernetes和ASP.NET Core,保障安全性。此外,.NET还不断探索AI、ML和AR/VR技术,为软件开发带来更多创新可能。
|
2天前
|
开发框架 Cloud Native 开发者
【专栏】剖析.NET 技术的核心竞争力
【4月更文挑战第29天】本文探讨了.NET框架在软件开发中的核心竞争力:1) .NET Core实现跨平台与云原生技术的融合,支持多操作系统和容器化;2) 提升性能和开发者生产力,采用JIT、AOT优化,提供C#新特性和Roslyn编译器平台;3) 支持现代化应用架构,包括微服务和容器化,内置安全机制;4) 丰富的生态系统和社区支持,拥有庞大的开发者社区和微软的持续投入。这些优势使.NET在竞争激烈的市场中保持领先地位。
|
2天前
|
开发框架 .NET 开发者
【专栏】领略.NET 技术的创新力量
【4月更文挑战第29天】.NET技术自ASP.NET起历经创新,现以.NET Core为核心,展现跨平台能力,提升性能与生产力,支持现代化应用架构。.NET Core使开发者能用同一代码库在不同操作系统上构建应用,扩展至移动和物联网领域。性能提升,C#新特性简化编程,Roslyn编译器优化代码。拥抱微服务、容器化,内置安全机制,支持OAuth等标准。未来.NET 6将引入更快性能、Hot Reload等功能,预示着.NET将持续引领软件开发潮流,为开发者创造更多机会。
|
2天前
|
物联网 vr&ar 开发者
【专栏】.NET 技术:为开发注入活力
【4月更文挑战第29天】本文探讨了.NET技术的创新,主要体现在三个方面:1) .NET Core实现跨平台开发革命,支持多种操作系统和硬件,如.NET MAUI用于多平台UI;2) 性能提升与生产力飞跃,C#新特性简化编程,JIT和AOT优化提升性能,Roslyn提供代码分析工具;3) 引领现代化应用架构,支持微服务、容器化,内置安全机制。未来,.NET 7将带来更多新特性和前沿技术整合,如量子计算、AI,持续推动软件开发创新。开发者掌握.NET技术将赢得竞争优势。
|
2天前
|
人工智能 前端开发 Cloud Native
【专栏】洞察.NET 技术的开发趋势
【4月更文挑战第29天】本文探讨了.NET技术的三大发展趋势:1) 跨平台与云原生技术融合,通过.NET Core支持轻量级、高性能应用,适应云计算和微服务;2) 人工智能与机器学习的集成,如ML.NET框架,使开发者能用C#构建AI模型;3) 引入现代化前端开发技术,如Blazor,实现前后端一致性。随着.NET 8等新版本的发布,期待更多创新技术如量子计算、AR/VR的融合,.NET将持续推动软件开发的创新与进步。
|
2天前
|
人工智能 前端开发 Devops
【专栏】洞察.NET 技术在现代开发中的作用
【4月更文挑战第29天】本文探讨了.NET技术在现代软件开发中的核心价值、应用及挑战。.NET提供语言统一性与多样性,强大的Visual Studio工具,丰富的类库,跨平台能力及活跃的开发者社区。实际应用包括企业级应用、Web、移动、云服务和游戏开发。未来面临性能优化、容器化、AI集成等挑战,需持续创新。开发者应深入理解.NET,把握技术趋势,参与社区,共创美好未来。
|
2天前
|
开发工具 C# 开发者
【专栏】理解.NET 技术,开创美好未来
【4月更文挑战第29天】本文探讨了.NET技术在软件开发中的关键作用,强调其核心优势,如语言多样性、丰富类库、强大的开发工具和跨平台能力。.NET在现代应用开发中涉及企业级应用、云服务集成、微服务、移动应用和游戏开发。未来,.NET将持续创新,提升性能,拓展应用场景,并促进更紧密的社区合作,通过跨平台框架扩大应用范围。开发者应深入学习.NET,抓住技术趋势,共创美好未来。