.NET性能优化

本书详细解释了影响应用程序性能的Windows、CLR和物理硬件的内部结构，并为读者提供了衡量代码如何独立于外部因素执行操作的知识和工具。书中提供了大量的C#代码示例和技巧，将帮助读者****限度地提高算法和应用程序的性能，提高个人竞争优势，使用更低的成本获取更多的用户。
本书共11章，D1章和D2章关注性能的度量指标及性能评测；第3章和第4章则深入CLR内部，专注于类型与CLR垃圾回收的内部实现；第5~8章及D11章讨论.NET框架中的几个特定的方面，以及CLR提供的几种可用来进行性能优化的手段；第9章对复杂度理论和算法进行了简单的尝试；D10章则包含了一些独立话题，包括启动时间优化、异常及.NET反射等。
本书适合已经拥有一定C#语言和.NET框架的编程基础，对相关概念较为熟悉的中gao级程序员阅读学习。

Sasha Goldshtein是微软公司Visual C#方向的MVP，也是SELA Group的首席技术官（CTO）。Sasha领导了SELA技术中心的性能与排错团队，并且在多个领域提供咨询服务，包括生产环境调试、应用程序性能排错及分布式架构。Sasha的经验主要集中在C#与C++应用程序开发，以及高可伸缩性和高性能系统架构等方面。他经常在微软公司的相关会议上发表演讲，并举办了如“.NET性能”“.NET调试”“深入Windows”等多项培训课程。

Dima Zurbalev是SELA Group性能与调试团队紧急响应组的高级咨询师。Dima在性能优化和排错上帮助客户完成了许多几乎不可能完成的任务，引导他们深入理解CLR及Windows的内部细节。他的大部分开发经验围绕.NET与C++基础项目进行，同时，他也在为CodePlex上的多个项目贡献代码。

Ido Flatow是微软公司Connected系统方向的MVP，也是SELA团队的高级架构师。他拥有超过15年的行业经验，目前是SELA的Windows Azure及Web领域的专家之一，专长为WCF、ASP.NET、Silverlight及IIS等技术。他是一名微软认证培训师（Microsoft Certified Trainer，MCT），也是微软官方WCF 4.0课程（10263A）的合作者。他同样也经常在微软公司的相关会议上发表演讲。

本书可以帮助你充分挖掘算法和应用的潜力，避免常见陷阱，优化程序性能，发挥竞争优势，降低运行成本，提高用户满意度。

本书通过介绍大量的分析器和度量工具来指导读者进行性能度量，并讲解了操作系统和CLR是如何以意想不到的方式来影响程序性能的，同时还通过可工作的示例和真实案例来演示性能改进。

通过阅读本书，读者可以学到：
* 找到并定位瓶颈，以获得****的性能效果；
* 使用垃圾回收器高效管理内存；
* 更深入地理解底层操作系统及其性能特点，从而更高效地编程；
* 通过并行化、缓存、微优化和许多其他的技术来提升应用程序的性能。

本书包含大量C#代码示例和技巧，可以帮助读者充分利用程序中每一处可能的性能提升，如降低内存占用、一致化CPU使用，减少网络和磁盘的I/O操作等。本书将会改变你对.NET程序开发的思考方式。

目　　录
第 1章　性能指标 1
1．1 性能目标 1
1．2 性能指标 3
1．3 小结 4
第 2章　性能度量 5
2．1 性能度量方式 5
2．2 Windows内置工具 5
2．2．1 性能计数器 6
2．2．2 Windows事件追踪 10
2．3 时间分析器 20
2．3．1 Visual Studio采样分析器 20
2．3．2 Visual Studio检测分析器 24
2．3．3 时间分析器的gao级用法 25
2．4 内存分配分析器 27
2．4．1 Visual Studio内存分配
分析器 27
2．4．2 CLR分析器 29
2．5 内存分析器 34
2．5．1 ANTS Memory Profiler 34
2．5．2 SciTech ．NET Memory
Profiler 36
2．6 其他分析器 38
2．6．1 数据库和数据访问
分析工具 38
2．6．2 并发分析工具 38
2．6．3 I/O分析工具 40
2．7 微基准测试 41
2．7．1 设计不佳的微基准测试
示例 41
2．7．2 微基准测试指南 44
2．8 小结 45
第3章　类型揭秘 47
3．1 示例 47
3．2 引用类型和值类型在语义上的
区别 48
3．3 存储、分配和销毁 48
3．4 引用类型揭秘 50
3．4．1 方法表 51
3．4．2 调用引用类型实例的方法 55
3．4．3 非虚方法的分发 56
3．4．4 静态方法和接口方法的
分发 58
3．4．5 同步块索引和lock
关键字 59
3．5 值类型揭秘 63
3．6 值类型的虚方法 65
3．7 装箱 65
3．7．1 避免在调用值类型的Equals
方法时产生装箱 67
3．7．2 GetHashCode方法 70
3．8 使用值类型的zui佳实践 72
3．9 小结 72
第4章　垃圾回收 73
4．1 为什么需要垃圾回收 73
4．1．1 空闲列表管理 73
4．1．2 引用计数垃圾回收 74
4．2 追踪垃圾回收 75
4．2．1 标记阶段 76
4．2．2 清理与压缩阶段 80
4．2．3 固定 82
4．3 垃圾回收器的特征 83
4．3．1 垃圾回收时暂停线程 83
4．3．2 在垃圾回收时挂起线程 83
4．3．3 工作站垃圾回收 85
4．3．4 服务器垃圾回收 86
4．3．5 切换垃圾回收特征 87
4．4 代 89
4．4．1 “代”模型的假设 89
4．4．2 ．NET中“代”的实现 90
4．4．3 大对象堆 93
4．4．4 跨代引用 94
4．4．5 后台垃圾回收 96
4．5 垃圾回收段和虚拟内存 97
4．6 终结化 100
4．6．1 手动确定性终结化 100
4．6．2 自动的非确定性终结化 100
4．6．3 非确定性终结的缺点 102
4．6．4 Dispose模式 104
4．7 弱引用 106
4．8 使用垃圾回收器 108
4．8．1 System．GC类 108
4．8．2 使用CLR宿主与垃圾
回收器进行交互 111
4．8．3 垃圾回收触发器 111
4．9 垃圾回收性能zui佳实践 112
4．9．1 “代”模型 112
4．9．2 固定 113
4．9．3 终结化 114
4．9．4 其他建议与zui佳实践 114
4．10 小结 117
第5章　集合和泛型 119
5．1 泛型 119
5．1．1 ．NET泛型 121
5．1．2 泛型约束 122
5．1．3 CLR泛型的实现 125
5．2 集合 131
5．2．1 并发集合 132
5．2．2 缓存 133
5．3 自定义集合 137
5．3．1 分离集（并查集） 137
5．3．2 跳跃表 138
5．3．3 一次性集合 139
5．4 小结 141
第6章　并发和并行 142
6．1 挑战与所得 142
6．2 从线程到线程池，再到任务 143
6．2．1 任务并行 148
6．2．2 数据并行 153
6．2．3 C# 5异步方法 156
6．2．4 TPL中的gao级模式 159
6．3 同步 160
6．3．1 无锁代码 161
6．3．2 Windows同步机制 165
6．3．3 缓存 167
6．4 通用的GPU计算 168
6．4．1 C++ AMP简介 169
6．4．2 矩阵相乘 171
6．4．3 多体仿真 171
6．4．4 tile和共享内存 172
6．5 小结 175
第7章　网络、I/O和序列化 176
7．1 I/O基本概念 176
7．1．1 同步与异步I/O 176
7．1．2 I/O完成端口 177
7．1．3 ．NET线程池 181
7．1．4 内存复制 181
7．2 分散-聚集I/O 182
7．3 文件I/O 182
7．3．1 缓存提示 183
7．3．2 非缓存I/O 183
7．4 网络I/O 184
7．4．1 网络协议 184
7．4．2 网络套接字 185
7．5 数据序列化与反序列化 186
7．5．1 序列化基准测试 187
7．5．2 数据集（DataSet）
序列化 189
7．6 Windows通信基础类库 189
7．6．1 限流 189
7．6．2 处理模型 190
7．6．3 缓存 191
7．6．4 异步WCF客户端与
服务器 191
7．6．5 绑定 192
7．7 小结 193
第8章　不安全的代码以及互操作 194
8．1 不安全的代码 194
8．1．1 对象固定与垃圾回收
句柄 195
8．1．2 生存期管理 196
8．1．3 分配非托管内存 196
8．1．4 内存池 197
8．2 平台调用 198
8．2．1 PInvoke．net与P/Invoke
Interop Assistant软件 199
8．2．2 绑定 200
8．2．3 列集器存根程序 201
8．2．4 原生同构类型 204
8．2．5 列集方向、值类型和引用
类型的列集 205
8．2．6 代码访问安全性 206
8．3 COM互操作性 206
8．3．1 生存期管理 207
8．3．2 单元列集 208
8．3．3 TLB导入与代码访问
安全性 209
8．3．4 无主互操作程序集
（NoPIA） 209
8．3．5 异常 210
8．4 C++/CLI语言扩展 211
8．4．1 marshal_as辅助库 213
8．4．2 IL代码与原生代码 214
8．5 Windows 8 WinRT互操作 214
8．6 互操作的zui佳实践 215
8．7 小结 215
第9章　算法优化 216
9．1 复杂度的维度 216
9．1．1 大O复杂度 216
9．1．2 主定理 217
9．1．3 图灵机与复杂度分类 218
9．1．4 停机问题 219
9．1．5 NP完全问题 221
9．1．6 记忆与动态规划 221
9．1．7 编辑距离 222
9．1．8 每对顶点间的zui短路径 224
9．2 近似算法 226
9．2．1 旅行商问题 226
9．2．2 zui大割 227
9．3 概率算法 227
9．3．1 概率zui大割 227
9．3．2 费马质数测试 228
9．4 索引与压缩 228
9．4．1 变量的长度编码 228
9．4．2 压缩索引 229
9．5 小结 230
第 10章　性能模式 232
10．1 JIT编译器优化 232
10．1．1 标准的优化方法 232
10．1．2 方法内联 233
10．1．3 消除边界检查 234
10．1．4 尾调用 236
10．1．5 启动性能 238
10．1．6 使用NGen进行JIT预
编译 239
10．1．7 多核后台JIT编译 241
10．2 关于启动性能的其他技巧 243
10．2．1 将强命名程序集置于
GAC中 243
10．2．2 防止本机镜像发生地址
重排 243
10．2．3 减少程序集数目 244
10．3 处理器相关的优化 245
10．3．1 单指令多数据流
（SIMD） 245
10．3．2 指令级别并行 247
10．4 异常 250
10．5 反射 250
10．6 代码生成 251
10．6．1 直接用源代码生成
代码 251
10．6．2 用动态轻量级代码生成技
术（LCG）生成代码 253
10．7 小结 257
第 11章　Web应用性能 258
11．1 测试Web应用的性能 258
11．1．1 Visual Studio Web性能
测试和压力测试 259
11．1．2 HTTP监控工具 260
11．1．3 分析工具 260
11．2 提高Web服务器的性能 261
11．2．1 缓存公用对象 261
11．2．2 使用异步页面、模块和
控制器 262
11．2．3 创建异步页面 263
11．2．4 创建异步控制器 265
11．3 ASP．NET环境调优 265
11．3．1 关闭ASP．NET跟踪和调试 266
11．3．2 关闭视图状态 267
11．3．3 服务端输出缓存 268
11．3．4 对ASP．NET应用程序进行预编译 269
11．3．5 ASP．NET进程模型调优 270
11．4 配置IIS 271
11．4．1 输出缓存 271
11．4．2 应用程序池配置 273
11．5 网络优化 274
11．5．1 使用HTTP缓存头 274
11．5．2 启用IIS压缩 277
11．5．3 精简与合并 279
11．5．4 使用内容发布网络 （CDN） 280
11．6 对ASP．NET应用程序进行扩容（scaling） 281
11．6．1 向外扩容 281
11．6．2 ASP．NET扩容机制 282
11．6．3 向外扩容的隐患 282
11．7 小结 283