.NET 10 中的新增功能系列文章1——運行時中的新增功能

引言

隨著 .NET 10 預覽版6的發布，微軟在運行時層面帶來了一系列重要的性能改進和新功能。這些改進主要集中在JIT編譯器優化、硬件指令集支持、內存管理等方面，旨在進一步提升應用程序的執行效率和資源利用率。本文將詳細解析這些運行時增強功能，包括JIT編譯器改進、AVX10.2支持、堆棧分配優化、NativeAOT類型預初始化器改進以及Arm64寫入屏障改進等核心內容。

正文內容

JIT 編譯器改進

.NET 10 中的JIT編譯器引入了多項重要優化，顯著提升了代碼生成質量和執行效率。

結構參數代碼生成優化

JIT編譯器現在能夠更好地處理共享寄存器的值存儲。當需要將結構成員打包到單個寄存器中時，編譯器可以直接將優化成員存儲到共享寄存器，而無需先存儲到內存再加載。以Point結構為例：

struct Point
{
    public long X;
    public long Y;

    public Point(long x, long y)
    {
        X = x;
        Y = y;
    }
}

[MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)]
private static void Consume(Point p)
{
    Console.WriteLine(p.X + p.Y);
}

private static void Main()
{
    Point p = new Point(10, 20);
    Consume(p);
}

在x64架構上，生成的匯編代碼直接通過寄存器傳遞Point成員：

Program:Main() (FullOpts):
       mov      edi, 10
       mov      esi, 20
       tail.jmp [Program:Consume(Program+Point)]

當Point成員改為int類型時，編譯器也能直接在共享寄存器中打包參數：

Program:Main() (FullOpts):
       mov      rdi, 0x140000000A
       tail.jmp [Program:Consume(Program+Point)]

這種優化消除了不必要的內存操作，顯著提升了性能。

循環反轉優化

JIT編譯器現在采用基于圖形的循環識別實現，能夠更準確地處理自然循環。它將while循環轉換為do-while形式：

if (loopCondition)
{
    do
    {
        // loop body
    } while (loopCondition);
}

這種轉換改善了代碼布局，為后續的循環優化（如循環展開和克隆）創造了更好的條件。

數組接口方法反虛擬化

.NET 10擴展了JIT去虛擬化能力，現在可以處理數組接口方法。這使得以下兩種代碼形式能夠獲得相似的優化效果：

// 直接數組訪問
static int Sum(int[] array)
{
    int sum = 0;
    for (int i = 0; i < array.Length; i++)
    {
        sum += array[i];
    }
    return sum;
}

// 通過IEnumerable接口訪問
static int Sum(int[] array)
{
    int sum = 0;
    IEnumerable<int> temp = array;
    foreach (var num in temp)
    {
        sum += num;
    }
    return sum;
}

JIT現在能夠識別數組接口實現，消除虛擬調用開銷，并應用內聯和堆棧分配等優化。

AVX10.2 支持

.NET 10為x64處理器引入了AVX10.2指令集支持。新硬件指令可通過System.Runtime.Intrinsics.X86.Avx10v2類訪問。不過目前相關硬件尚未普及，因此該功能默認處于禁用狀態。AVX10.2擴展了向量處理能力，為數值計算密集型應用提供了更強大的硬件加速支持。

堆棧分配

堆棧分配是減少GC壓力的重要優化手段，.NET 10在此方面有多項改進。

值類型數組堆棧分配

對于小型固定大小的值類型數組，如果其生命周期不超過父方法，JIT現在會在堆棧上分配它們：

static void Sum()
{
    int[] numbers = {1, 2, 3};
    int sum = 0;

    for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)
    {
        sum += numbers[i];
    }
    Console.WriteLine(sum);
}

編譯器能識別numbers數組的固定大小和有限生命周期，直接在堆棧上分配。

引用類型數組堆棧分配

這一優化現在也擴展到引用類型的小型數組：

static void Print()
{
    string[] words = {"Hello", "World!"};
    foreach (var str in words)
    {
        Console.WriteLine(str);
    }
}

當確定數組不會逃逸方法范圍時，JIT會選擇堆棧分配而非堆分配。

轉義分析增強

.NET 10改進了轉義分析，現在能正確處理結構字段引用：

public class Program
{
    struct GCStruct
    {
        public int[] arr;
    }

    public static void Main()
    {
        int[] x = new int[10];
        GCStruct y = new GCStruct() { arr = x };
        return y.arr[0];
    }
}

只要結構體本身不逃逸，其字段引用的對象也不再被標記為逃逸，這使得更多對象可以堆棧分配。

委托堆棧分配

對于不會逃逸當前范圍的委托，JIT現在也能進行堆棧分配：

public static int Main()
{
    int local = 1;
    int[] arr = new int[100];
    var func = (int x) => x + local;
    int sum = 0;

    foreach (int num in arr)
    {
        sum += func(num);
    }
    return sum;
}

生成的匯編代碼顯示Func對象被分配在堆棧上，減少了堆分配開銷。

NativeAOT 類型預初始化器改進

NativeAOT的類型預初始化器現在支持所有conv.*和neg操作碼變體。這意味著包含類型轉換或取反操作的方法也能進行預初始化，進一步優化AOT編譯后的啟動性能。這項改進使得更多類型的方法可以在編譯時完成初始化工作，減少運行時開銷。

Arm64 寫入屏障改進

.NET 10為Arm64架構帶來了寫入屏障實現的重大改進。垃圾回收器使用寫入屏障來跟蹤代際引用，新的實現能更準確地處理GC區域：

動態切換：與x64類似，Arm64現在可以在不同寫入屏障實現間動態切換，平衡寫入速度和收集效率。
性能提升：基準測試顯示，采用新的GC默認設置后，GC暫停時間改善了8%到超過20%。
區域精確性：新的默認實現更精確地處理GC區域，雖然略微影響寫入吞吐量，但顯著提高了收集效率。

系列文章

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posted @ 2025-07-29 08:55 葡萄城技術團隊閱讀(1109) 評論(0) 收藏舉報

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