Высокопроизводительный код на платформе .NET. 2-е издание

Предисловие...........................................................................................................................................15

Об авторе..................................................................................................................................................19
Контактная информация ...............................................................................................................19
Благодарности........................................................................................................................................20
От издательства.....................................................................................................................................21
Введение во второе издание..............................................................................................................22
Введение...................................................................................................................................................24
Цель этой книги.................................................................................................................................24
В чем смысл выбора управляемого кода...................................................................................27
Работает ли управляемый код медленнее нативного?.........................................................29
Стоит ли овчинка выделки?..........................................................................................................31
Я что, теряю контроль?...................................................................................................................31
Работа с CLR, а не против нее......................................................................................................32
Уровни оптимизации.......................................................................................................................32
Коварная соблазнительность простоты....................................................................................34
Хронология совершенствования производительности .
среды .NET...........................................................................................................................................36
.NET Core.............................................................................................................................................38
Учебный исходный код...................................................................................................................39
Глава 1. Измерение производительности и инструменты.....................................................41
Выбор предмета измерения...........................................................................................................41
Преждевременная оптимизация..................................................................................................43
Сравнение усредненных и процентных показателей...........................................................44
Эталонное тестирование.................................................................................................................46
Полезные инструменты..................................................................................................................47
Visual Studio...............................................................................................................................49
Профилирование центрального процессора..................................................................51
Профилирование с помощью командной строки.........................................................54
Счетчики производительности...........................................................................................56
ETW-события...........................................................................................................................64
PerfView.......................................................................................................................................67
Интерфейс и представления данных в PerfView..........................................................68
Профилировщик CLR Profiler............................................................................................73
Анализатор производительности Windows Performance Analyzer.........................76
WinDbg........................................................................................................................................78
CLR MD......................................................................................................................................83
Анализаторы IL........................................................................................................................87
MeasureIt.....................................................................................................................................88
BenchmarkDotNet....................................................................................................................89
Оснащение кода инструментами........................................................................................91
Утилиты SysInternals..............................................................................................................92
База данных................................................................................................................................94
Другие инструменты...............................................................................................................94
Издержки измерений.......................................................................................................................94
Резюме..................................................................................................................................................95
Глава 2. Управление памятью..........................................................................................................96
Выделение памяти............................................................................................................................96
Операция сборки мусора................................................................................................................99
Параметры конфигурации...........................................................................................................105
Сравнение сборки мусора в режиме рабочей станции и в режиме сервера......105
Сборка мусора в фоновом режиме...................................................................................107
Режимы задержки..................................................................................................................108
Большие объекты...................................................................................................................110
Дополнительные параметры..............................................................................................111
Советы по повышению производительности........................................................................113
Сокращайте размеры выделяемой памяти...................................................................113
Самое важное правило.........................................................................................................114
Сокращайте время существования объекта.................................................................115
Сбалансируйте выделение..................................................................................................116
Сократите количество ссылок между объектами.......................................................116
Избегайте закреплений........................................................................................................117
Избегайте финализаторов..................................................................................................118
Избегайте выделения больших объектов......................................................................120
Избегайте копирования буферов.....................................................................................121
Объединяйте долгоживущие и большие объекты в пулы.......................................124
Сокращайте степень фрагментации кучи больших объектов................................131
При определенных обстоятельствах выполняйте принудительную .
полную сборку мусора.........................................................................................................131
Уплотняйте кучу больших объектов по требованию................................................133
Получайте уведомление о намечающейся сборке мусора.......................................133
Применяйте для кэширования слабые ссылки...........................................................137
Динамически выделяйте память в стеке........................................................................144
Исследование памяти и сборки мусора...................................................................................145
Счетчики производительности.........................................................................................145
События ETW.........................................................................................................................147
Как выглядит куча памяти моего приложения...........................................................148
Сколько времени занимает сборка мусора...................................................................151
Где именно происходит выделение памяти..................................................................155
Что за объекты находятся в куче......................................................................................158
Где именно допущена утечка памяти..............................................................................165
Каков размер моих объектов..............................................................................................170
Каким объектам выделена память в LOH.....................................................................173
Какие объекты были закреплены.....................................................................................175
Где происходит фрагментация..........................................................................................177
Фрагментация виртуальной памяти...............................................................................180
В каком поколении находится объект............................................................................182
Какие объекты выжили в поколении gen 0...................................................................182
Откуда был сделан явный вызов метода GC.Collect.................................................185
Какие слабые ссылки имеются в моем процессе........................................................186
Какие финализируемые объекты имеются в куче......................................................186
Резюме................................................................................................................................................187
Глава 3. JIT-компиляция.................................................................................................................189
Преимущества JIT-компиляции................................................................................................190
JIT в действии..................................................................................................................................191
JIT-оптимизации.............................................................................................................................193
Сокращение времени JIT-компиляции и запуска...............................................................194
Оптимизация JIT-компиляции с помощью профилирования (Multicore JIT)........197
Когда следует применять NGEN...............................................................................................197
.NET Native........................................................................................................................................200
Настраиваемая предварительная подготовка.......................................................................201
Когда JIT-компиляция не может составить конкуренцию..............................................202
Исследование поведения JIT-компилятора..........................................................................203
Счетчики производительности.........................................................................................203
ETW-события.........................................................................................................................204
Какой код подвергся JIT-компиляции...........................................................................204
На какие методы и модули затрачивается больше всего времени .
при JIT-компиляции.............................................................................................................207
Исследование кода, полученного после JIT-компиляции.......................................208
Резюме................................................................................................................................................209
Глава 4. Асинхронное программирование.................................................................................210
Пул потоков......................................................................................................................................212
Библиотека распараллеливания задач....................................................................................213
Отмена задачи.........................................................................................................................217
Обработка исключений.......................................................................................................218
Дочерние задачи.....................................................................................................................222
Среда TPL Dataflow.......................................................................................................................223
Параллельно выполняемые циклы...........................................................................................229
Советы по повышению производительности........................................................................232
Избегайте использования блокировок...........................................................................232
Избегайте конвоев при блокировке и диспетчеризации..........................................233
Использование объектов Tasks для неблокирующего ввода-вывода..................233
async и await.............................................................................................................................238
О структуре программы.......................................................................................................240
Правильно используйте таймеры....................................................................................242
Подберите подходящий размер пула потоков.............................................................244
Не прерывайте потоки.........................................................................................................245
Не меняйте приоритет потоков.........................................................................................245
Синхронизация потоков и блокировки...................................................................................246
Нужно ли вообще заботиться о производительности?............................................246
А нужна ли вообще блокировка?......................................................................................247
Порядок предпочтения синхронизации.........................................................................249
Модели памяти.......................................................................................................................249
Использование volatile при необходимости.................................................................251
Использование Monitor (lock)..........................................................................................252
Использование методов Interlocked................................................................................255
Асинхронные блокировки..................................................................................................258
Другие механизмы блокировки........................................................................................260
Конкурентность и коллекции............................................................................................261
Копирование ресурса для каждого потока....................................................................264
Исследование потоков и конфликтов......................................................................................265
Счетчики производительности.........................................................................................265
ETW-события.........................................................................................................................266
Получение информации о потоках..................................................................................267
Визуализация задач и потоков с помощью Visual Studio........................................268
Использование PerfView для обнаружения конфликта блокировок..................269
Где потоки блокируются на вводе-выводе....................................................................270
Резюме................................................................................................................................................270
Глава 5. Общие подходы к написанию кода и классов..........................................................272
Классы и структуры.......................................................................................................................272
Исключение из правил: изменяемая структура для хранения .
иерархии полей.......................................................................................................................274
Виртуальные методы и запечатанные классы.............................................................276
Свойства....................................................................................................................................276
Переопределение Equals и GetHashCode для структур...........................................277
Потоковая безопасность......................................................................................................279
Кортежи..............................................................................................................................................279
Диспетчеризация интерфейсов..................................................................................................280
Избегайте упаковки.......................................................................................................................281
Возвращения по ссылке (ref) и локальные значения.........................................................282
for или foreach...................................................................................................................................287
Приведение типов...........................................................................................................................289
P/Invoke.............................................................................................................................................291
Делегаты.............................................................................................................................................293
Исключения......................................................................................................................................295
dynamic...............................................................................................................................................297
Отражение.........................................................................................................................................299
Генерация кода.................................................................................................................................301
Создание шаблонов...............................................................................................................301
Создание делегата..................................................................................................................302
Аргументы метода..................................................................................................................303
Оптимизация...........................................................................................................................305
Подведение итогов................................................................................................................305
Предварительная обработка........................................................................................................306
Исследование проблем производительности........................................................................307
Счетчики производительности.........................................................................................307
ETW-события.........................................................................................................................307
Поиск инструкций упаковки.............................................................................................308
Обнаружение исключений первого шанса....................................................................310
Резюме................................................................................................................................................311
Глава 6. Использование среды .NET Framework.....................................................................313
Разберитесь с каждым вызываемым API................................................................................314
Множество API для решения одних и тех же задач............................................................314
Коллекции.........................................................................................................................................315
Какие коллекции лучше не использовать.....................................................................315
Массивы....................................................................................................................................316
Сравнение ступенчатых и многомерных массивов....................................................317
Обобщенные коллекции......................................................................................................319
Коллекции для многопоточной среды............................................................................321
Коллекции для работы с битами......................................................................................323
Исходный объем.....................................................................................................................324
Сравнение ключей.................................................................................................................325
Сортировка...............................................................................................................................326
Создание собственных типов коллекций......................................................................326
Строки.................................................................................................................................................327
Сравнение строк.....................................................................................................................327
ToUpper и ToLower...............................................................................................................328
Объединение............................................................................................................................328
Форматирование....................................................................................................................329
ToString.....................................................................................................................................330
Избегайте разбора строк......................................................................................................330
Подстроки.................................................................................................................................331
Избегайте использования API, выдающих исключения при обычных
обстоятельствах...............................................................................................................................331
Избегайте использования API, выделяющих память .
из кучи больших объектов...........................................................................................................332
Применение ленивой инициализации.....................................................................................332
Удивительно высокие издержки от использования перечислений..............................334
Учет времени....................................................................................................................................335
Регулярные выражения................................................................................................................337
LINQ....................................................................................................................................................339
Чтение и запись файлов................................................................................................................343
Оптимизация настроек HTTP и сетевых соединений.......................................................344
SIMD...................................................................................................................................................347
Исследование причин возникновения проблем с производительностью...................348
Резюме................................................................................................................................................349
Глава 7. Счетчики производительности.....................................................................................351
Использование существующих счетчиков.............................................................................352
Создание пользовательского счетчика....................................................................................352
Счетчики усредненных показателей...............................................................................353
Счетчики мгновенных показателей.................................................................................354
Дельта-счетчики.....................................................................................................................354
Процентные счетчики..........................................................................................................354
Резюме................................................................................................................................................355
Глава 8. ETW-события.....................................................................................................................356
Определение событий...................................................................................................................357
Потребление пользовательских событий в PerfView.........................................................360
Создание собственного слушателя ETW-событий.............................................................362
Получение подробных данных об EventSource....................................................................367
Потребление событий CLR и системы....................................................................................368
Пользовательские аналитические расширения PerfView.................................................370
Резюме................................................................................................................................................373
Глава 9. Безопасность и анализ кода...........................................................................................374
Представление об операционной системе, API и оборудовании...................................374
Ограничение использования API в определенных областях кода................................375
Пользовательские правила FxCop...................................................................................375
.NET Compiler Code Analyzers...........................................................................................382
Выполняйте централизацию и абстрагирование сложного и важного
для повышения производительности кода............................................................................391
Изолируйте неуправляемый и небезопасный код...............................................................391
Отдавайте приоритет ясности кода, а не получению высокой .
производительности, пока нет веских причин для обратного........................................392
Резюме................................................................................................................................................393
Глава 10. Формирование команды, нацеленной на достижение высокой
производительности...........................................................................................................................394
Выявление областей, требующих особо высокой производительности......................394
Эффективное тестирование........................................................................................................395
Инфраструктура и автоматизация для оценки производительности..........................396
Доверяйте только конкретным числовым показателям....................................................398
Эффективная система просмотра кода...................................................................................399
Обучение............................................................................................................................................400
Резюме................................................................................................................................................401
Приложение А. Начало работы над повышением производительности .
приложения...........................................................................................................................................402
Определение метрик......................................................................................................................402
Анализ использования центрального процессора...............................................................402
Анализ использования памяти...................................................................................................403
Анализ JIT-компиляции...............................................................................................................404
Анализ производительности в асинхронном режиме........................................................404
Приложение Б. Увеличение производительности на более высоком уровне..............406
ASP.NET.............................................................................................................................................406
ADO.NET...........................................................................................................................................407
WPF.....................................................................................................................................................408
Приложение В. Нотация «“O” большое»...................................................................................409
«O» большое.....................................................................................................................................409
Самые распространенные алгоритмы и их сложность......................................................412
Сортировка...............................................................................................................................412
Графы.........................................................................................................................................412
Поиск..........................................................................................................................................413
Особый случай........................................................................................................................413
Приложение Г. Библиография......................................................................................................414
Ценные источники информации...............................................................................................414
Люди и блоги....................................................................................................................................414