c# - 为什么局部变量引用会导致性能大幅下降？

Question

考虑以下简单程序:

using System;
using System.Diagnostics;

class Program
{
   private static void Main(string[] args)
   {
      const int size = 10000000;
      var array = new string[size];

      var str = new string('a', 100);
      var sw = Stopwatch.StartNew();
      for (int i = 0; i < size; i++)
      {
         var str2 = new string('a', 100);
         //array[i] = str2; // This is slow
         array[i] = str; // This is fast
      }
      sw.Stop();
      Console.WriteLine("Took " + sw.ElapsedMilliseconds + "ms.");
   }
}

如果我运行它，它会相对较快。如果我取消注释“慢”行并注释掉“快”行，它会慢 5 倍以上。请注意，在这两种情况下，它都会在循环内初始化字符串“str2”。这两种情况都没有优化(这可以通过查看 IL 或反汇编来验证)。

在这两种情况下，代码似乎都在做同样多的工作。它需要分配/初始化一个字符串，然后分配一个对数组位置的引用。唯一的区别是该引用是本地变量“str”还是“str2”。

为什么将引用分配给“str”与“str2”会产生如此大的性能差异？

如果我们看一下反汇编，就会有区别:

(fast)
     var str2 = new string('a', 100);
0000008e  mov         r8d,64h 
00000094  mov         dx,61h 
00000098  xor         ecx,ecx 
0000009a  call        000000005E393928 
0000009f  mov         qword ptr [rsp+58h],rax 
000000a4  nop

(slow)
     var str2 = new string('a', 100);
00000085  mov         r8d,64h 
0000008b  mov         dx,61h 
0000008f  xor         ecx,ecx 
00000091  call        000000005E383838 
00000096  mov         qword ptr [rsp+58h],rax 
0000009b  mov         rax,qword ptr [rsp+58h] 
000000a0  mov         qword ptr [rsp+38h],rax

“慢速”版本有两个额外的“mov”操作，而“快速”版本只有一个“nop”。

谁能解释一下这里发生了什么？很难看出两个额外的 mov 操作如何导致 >5 倍的减速，特别是因为我预计大部分时间应该花在字符串初始化上。感谢您提供任何见解。

Answer 1

你是对的，代码在两种情况下所做的工作量大致相同。

但垃圾收集器在这两种情况下最终会做截然不同的事情。

在 str 版本中，在给定时间最多有两个字符串实例处于事件状态。这意味着(几乎)第 0 代中的所有新对象都会死亡，不需要将任何对象提升到第 1 代。由于第 1 代根本没有增长，GC 没有理由尝试昂贵的“完整收集”。

在str2 版本中，所有新的字符串实例都是存活的。对象被提升到更高的世代(这可能涉及将它们移动到内存中)。此外，由于高代正在增长，GC 偶尔会尝试运行完整的收集。

请注意，.NET GC 往往花费的时间与事件对象的数量成线性关系:事件对象需要遍历并移开，而死对象根本不需要任何费用(它们只是被覆盖下次分配内存)。

这意味着 str 是垃圾收集器性能的最佳情况；而 str2 是最坏的情况。

看看 GC performance counters对于您的程序，我怀疑您会在程序之间看到非常不同的结果。