性能优化之二：结构体类型的性能优化

时间:2020-01-26 Snow~Forever 人气:3

C#里结构体是值类型，其局部变量的空间分配在栈上。很多同学喜欢用它，是因为它的存储密度高、分配和回收成本非常低。

但是前几天在查热点的时候，却碰到结构体的性能非常慢，甚至远低于把同样数据结构做成的引用类型。下文对这个问题做了些简化，方便大家理解。

代码分析

优化前的源代码示例：

//结构体声明
    public struct Point2D
    {
        public int X { get; set; }
        public int Y { get; set; }   
    }

var target = new Point2D() { X = 99, Y = 100 };
//热点语句，points 是一个有几百万元素的链表：
foreach(var item in point2Ds)
{
    if (item.Equals(target))
        return target;
}

优化方法很简单，就是在Point2D的结构体声明中，加一个手写的Equals方法：

//优化后：
    public struct Point2D
    {
        public int X { get; set; }
        public int Y { get; set; }

        public bool Equals(Point2D obj)
        {
            return obj.X == this.X && obj.Y == this.Y;
        }
    }

性能测试

构造一个有1千万元素的points。

优化前的执行时间（单位：ms）

优化后的执行时间（单位：ms）

前后提升差不多50%。

原理分析

查看IL可以发现，优化后是调用的Point2D.Equals方法，也就是我们写的方法：

而优化前的IL如下，是调用Object.Equals方法：

那么，这两者有什么区别呢？

可以查看一下struct的Equals方法。由于struct是值类型，它从ValueType继承来，因此Equals方法实际是执行的ValueType.Equals。

源码地址：https://referencesource.microsoft.com/mscorlib/system/valuetype.cs.html

public abstract class ValueType {
 
        [System.Security.SecuritySafeCritical]
        public override bool Equals (Object obj) {
            BCLDebug.Perf(false, "ValueType::Equals is not fast.  "+this.GetType().FullName+" should override Equals(Object)");
            if (null==obj) {
                return false;
            }
            RuntimeType thisType = (RuntimeType)this.GetType();
            RuntimeType thatType = (RuntimeType)obj.GetType();
 
            if (thatType!=thisType) {
                return false;
            }
 
            Object thisObj = (Object)this;
            Object thisResult, thatResult;
 
            // if there are no GC references in this object we can avoid reflection 
            // and do a fast memcmp
            if (CanCompareBits(this))
                return FastEqualsCheck(thisObj, obj);
 
            FieldInfo[] thisFields = thisType.GetFields(BindingFlags.Instance | BindingFlags.Public | BindingFlags.NonPublic);
 
            for (int i=0; i<thisFields.Length; i++) {
                thisResult = ((RtFieldInfo)thisFields[i]).UnsafeGetValue(thisObj);
                thatResult = ((RtFieldInfo)thisFields[i]).UnsafeGetValue(obj);
                
                if (thisResult == null) {
                    if (thatResult != null)
                        return false;
                }
                else
                if (!thisResult.Equals(thatResult)) {
                    return false;
                }
            }
 
            return true;
        }
    }

可以发现，ValueType.Equals方法并不是直接比较的两者引用地址是否相等，而是递归遍历struct的每个字段，判断它们是否相等。而在遍历struct字段时，使用了反射取值，这是很耗性能的。

另外，由于其参数是Object类型，会把传入的struct做一次装箱，这也是热点。

而我们写的方法，是直接对比属性，而且传入参数是Point2D类型，也不用装箱，可以直接使用。

总结一下，在使用结构体的时候，避免装箱，重写Equals方法避免原Equals的反射。

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