《ASP.NET Core 高性能系列》Span<T>和Memory<T>

《ASP.NET Core 高性能系列》Span 和Memory

本文轉載自查看原文 2020-03-01 10:00 2819 《ASP.NET Core 高性能系列》

一、Span<T>概述

　　原文:Provides a type- and memory-safe representation of a contiguous region of arbitrary memory.

中文的翻譯不准確,這里給出比較厚道的翻譯:提供類型T安全、連續的內存區域的表達方式.

(圖1:Span<T>定義,不是全圖)

　　這里出現高階語法 readonly ref struct,下面是msdn給的語言規范(或者其核心意義),估計大家會看暈,

Span<T> 並且不能跨 await 和 yield 邊界使用。此外，對兩個方法的調用（Equals(Object) 和 GetHashCode）將引發一個 NotSupportedException。因為鎖定在堆棧上,所以也不要試圖讓其成為做為靜態成員。

我先給出最簡單的解釋:

　　Span<T>是微軟為了給.NET提供了一個高效的內存操縱元素,而定義的一個數據結構,為了高效的初衷,將Span<T>自身鎖定在堆棧上(內存連續,且處理高效)

注意:是Span<T>自身!!!Span<T> 實例通常用於保存數組或某個數組的一部分的元素。

二、Span<T>可用來做哪些事

　　2.1 不得不提的 Slice

　　切片這種東西,在GO,Rust中太尋常了(PS:當然對於C++的表示不屑),對於C#而言,這是一個性能提升不可或缺的概念,

Span基本上就是這個概念的翻版.所以其中有諸多方法就是切片.

可見微軟為Span提供了諸多類似於原來的String中的很多方法,具體查閱地址: Span的擴展方法

　2.1 切片是其本質,是對原有對象的投影(或部分投影)

　　之前我們要實現高效的操作,如字符串類的操作,數組類的操作,

　　這里應該尤其注意,不見得你使用Span就高效了,明白它的設計初衷:Slice! 特別是會不斷產生新的碎片和構造新對象的場景.(由此可見對於String的操作產生了諸多

新碎片這樣的場景是尤其好用的)

　　我們看看如下的場景,大家覺得哪個效率會更高

            int[] array = new int[10000];
            Span<int> arraySpan = array;

            Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
            stopwatch.Start();
            for (int ctr = 0; ctr < arraySpan.Length; ctr++)
                arraySpan[ctr] = arraySpan[ctr] * arraySpan[ctr]/3;
            stopwatch.Stop();
            Console.WriteLine(stopwatch.Elapsed);

            array = new int[10000];
            stopwatch.Reset();
            stopwatch.Start();
            for (int ctr = 0; ctr < array.Length; ctr++)
                array[ctr] = array[ctr] * array[ctr]/3;
            Console.WriteLine(stopwatch.Elapsed);

　　結果按照我們的原則你就知道,不用Span效果會更好,下圖是realse模式下發布的,整體上可知:不用Span會更快,所以切片是它的本質!大家看看GO的切片就知道了.

3.1 Span<T>可以不僅投影常見對象還可以是從Marshal , stackalloc分配的而來的

var native = Marshal.AllocHGlobal(100);
Span<byte> nativeSpan;
unsafe
{
    nativeSpan = new Span<byte>(native.ToPointer(), 100);
}
byte data = 0;
for (int ctr = 0; ctr < nativeSpan.Length; ctr++)
    nativeSpan[ctr] = data++;

int nativeSum = 0;
foreach (var value in nativeSpan)
    nativeSum += value;

Console.WriteLine($"The sum is {nativeSum}");
Marshal.FreeHGlobal(native);

byte data = 0;
Span<byte> stackSpan = stackalloc byte[100];
for (int ctr = 0; ctr < stackSpan.Length; ctr++)
    stackSpan[ctr] = data++;

int stackSum = 0;
foreach (var value in stackSpan)
    stackSum += value;

Console.WriteLine($"The sum is {stackSum}");