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.NET8极致性能优化CHRL

2023-11-29 17:00 https://my.oschina.net/u/5407571/blog/10314437 江湖评谈 次阅读 条评论

前言

.NET8在.NET7的基础上进行了进一步的优化,比如CHRL(全称:CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL)优化技术,CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL是边界检查,在.NET7里面它已经进行了部分优化,但是.NET8里面它继续优化,类似人工智能,.NET8能意识到某些性能问题,从而进行优化。本篇来看下

原文地址:.NET8极致性能优化CHRL

概述

JIT会对数组,字符串的范围边界进行检查。比如数组的索引是否在数组长度范围内,不能超过。所以JIT就会产生边界检查的步骤。

public class Tests
{
    private byte[] _array = new byte[8];
    private int _index = 4;

    public void Get() => Get(_array, _index);

    [MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)]
    private static byte Get(byte[] array, int index) => array[index];
}

Get函数.NET7的ASM如下:

; Tests.Get(Byte[], Int32)
       sub       rsp,28
       cmp       edx,[rcx+8]
       jae       short M01_L00
       mov       eax,edx
       movzx     eax,byte ptr [rcx+rax+10]
       add       rsp,28
       ret
M01_L00:
       call      CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL
       int       3

cmp指令把数组的MT(方法表)偏移8位置的数组长度与当前的数组索引对比,两者如果索引大于(后者)或等于(jae)数组长度(前者)的时候。就会跳转到CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL进行边界检查,可能会引发超出引范围的异常IndexOutOfRangeException。但是实际上这段这段代码的访问只需要两个mov,一个是数组的索引,一个是(MT(方法表)+0x10+索引)取其值返回即可。所以这个地方有清晰可见的优化的地方。
.NET8学习了一些范围边界的智能化优化,也就说,有的地方不需要边界检查,从而把边界检查优化掉,用以提高代码的性能。下面例子:

 private readonly int[] _array = new int[7];
   public int GetBucket() => GetBucket(_array, 42);
   private static int GetBucket(int[] buckets, int hashcode) =>
   buckets[(uint)hashcode % buckets.Length];

.NET7它的ASM如下:

; Tests.GetBucket()
       sub       rsp,28
       mov       rcx,[rcx+8]
       mov       eax,2A
       mov       edx,[rcx+8]
       mov       r8d,edx
       xor       edx,edx
       idiv      r8
       cmp       rdx,r8
       jae       short M00_L00
       mov       eax,[rcx+rdx*4+10]
       add       rsp,28
       ret
M00_L00:
       call      CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL
       int       3

它依然进行了边界检查,然.NET8的JIT能自动识别到(uint)hashcode%buckets.Length这个索引不可能超过数组的长度也就是buckets.Length。所以.NET8可以省略掉边界检查,如下.NET8 ASM

; Tests.GetBucket()
       mov       rcx,[rcx+8]
       mov       eax,2A
       mov       r8d,[rcx+8]
       xor       edx,edx
       div       r8
       mov       eax,[rcx+rdx*4+10]
       ret

再看下另外一个例子:

public class Tests
{
    private readonly string _s = "\"Hello, World!\"";

    public bool IsQuoted() => IsQuoted(_s);

    private static bool IsQuoted(string s) =>
    s.Length >= 2 && s[0] == '"' && s[^1] == '"';
}

IsQuoted检查字符串是否至少有两个字符,并且字符串开头和结尾均以引号结束,s[^1]表示s[s.Length - 1]也就是字符串的长度。.NET7 ASM如下:

; Tests.IsQuoted(System.String)
       sub       rsp,28
       mov       eax,[rcx+8]
       cmp       eax,2
       jl        short M01_L00
       cmp       word ptr [rcx+0C],22
       jne       short M01_L00
       lea       edx,[rax-1]
       cmp       edx,eax
       jae       short M01_L01
       mov       eax,edx
       cmp       word ptr [rcx+rax*2+0C],22
       sete      al
       movzx     eax,al
       add       rsp,28
       ret
M01_L00:
       xor       eax,eax
       add       rsp,28
       ret
M01_L01:
       call      CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL
       int       3

注意看.NET7的骚操,它实际上进行了边界检查,但是只检查了一个,因为它只有一个jae指令跳转。这是为什么呢?JIT已经知道不需要对s[0]进行边界检查,因为s.Length >= 2已经检查过了,只要是小于2的索引(因为索引是无符号,没有负数)都不需要检查。但是依然对s[s.Length - 1]进行了边界检查,所以.NET7虽然也是骚操,但是它这个骚操不够彻底。
我们来看下彻底骚操的.NET8

; Tests.IsQuoted(System.String)
       mov       eax,[rcx+8]
       cmp       eax,2
       jl        short M01_L00
       cmp       word ptr [rcx+0C],22
       jne       short M01_L00
       dec       eax
       cmp       word ptr [rcx+rax*2+0C],22
       sete      al
       movzx     eax,al
       ret
M01_L00:
       xor       eax,eax
       ret

完全没有了边界检查,JIT不仅意识到s[0]是安全的,因为检查过了s.Length >= 2。因为检查过了s.Length >= 2,还意识到s.length> s.Length-1 >=1。所以不需要边界检查,全给它优化掉了。

可以看到.NET8的性能优化的极致有多厉害,它基本上榨干了JIT的引擎,让其进行最大智能化程度的优化。


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