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1.前言

.NET8通過各種騷操，把性能提升到了前所未有的高度。超越以往任何版本，也涵蓋了后續版本，比如.NET9或許可能沒有如此大的性能優化了。本篇來看下它其中的一個優化:類型轉換的優化效果。

2.示例

通過類型檢查的優化，優化掉某些情況下類型轉換的時候JIT類型檢查的函數。下面的代碼是類型檢查的典型應用。

[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);
   }
}

我們看到_strings是個私有數組，Get1函數中獲取_strings數組的第一個值。所以它是直接用ldelem.ref IL執行即可

ldelem.ref

但是Get2里面對數組元素進行了引用，所以Roslyn的指令是:

ldelema [System.Runtime]System.String

如果ref類型的變量，被賦值為不同于這個變量的類型則會違反類型安全性。通常情況下ldelema需要進行類型檢查，也就是用JIT輔助函數CORINFO_HELP_LDELEMA_REF來進行檢查，以確保不會違反類型安全性。

這個安全性的檢查會極大損耗性能，.NET8的JIT進行了一個優化，思路是如果是sealed關鍵字標記的類型，就不會進行安全性檢查，這樣就會提高性能。為什么sealed不會呢？

這其實是利用了它的一個特性，就是不會被繼承。不會被繼承，就不會被子類的類型所困擾，只有string一個類型，自然不會用以進行類型檢查了。

這是第一點優化,下面看下。

3.第一階優化

優化了類型安全檢查，縮短了編譯時間，提高了性能。來看下.Net7和.NET8的生成Get2函數的的不同點

.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它這里有一個CORINFO_HELP_LDELEMA_REF進行安全性檢查。

.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
       ret
M00_L00:
       call      CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL
       int       3
; Total bytes of code 29

.Net8里它沒有了CORINFO_HELP_LDELEMA_REF

因為string類型是sealed,它的原型如下：

public sealed class String : IEnumerable<char>, IEnumerable, ICloneable, IComparable, IComparable<String?>, IConvertible, IEquatable<String?>
{
  //這里代碼省略
}

JIT會判斷類型是否是sealed標志，如果是則不進行安全性檢查優化。

雖然.Net8去掉了CORINFO_HELP_LDELEMA_REF,

但是多了范圍的檢查CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL，那它這個性能如何呢？

我們來測試下：

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

結果是:

我們看到同樣代碼，.Net8里面比.Net7的性能提升了5倍之多。

4.第二階優化

承接上面，上面sealed去掉了類型檢查。

然后在類型轉換的時候,一般的類型轉換JIT使用的是CastHelpers.ChkCastAny來進行。

但是.Net8里面內聯了一個方法

用以縮短CastHelpers.ChkCastAny的編譯時間，提高編譯的時間和程序的性能。

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;
}

同樣的

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

結果如下：

.Net8是三倍于.Net7的運行速度。去掉類型檢查+類型轉換的內聯,大幅度的提升效率，可見.Net8的性能優化確實不容小覷。

參考如下:

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

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