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为什么拆箱比装箱快100倍
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Stack Overflow用户
提问于 2014-11-01 16:41:06
回答 8查看 2.2K关注 0票数 3

为什么装箱和拆箱操作之间的速度变化如此之大?有10倍的差异。我们应该在什么时候关心这个问题?上周,Azure的一位支持人员告诉我们,我们的应用程序的堆内存存在一个问题。我很想知道这是否与装箱-拆箱问题有关。

代码语言:javascript
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using System;
using System.Diagnostics;

namespace ConsoleBoxing
{
class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("Program started");
        var elapsed = Boxing();
        Unboxing(elapsed);
        Console.WriteLine("Program ended");
        Console.Read();
    }

    private static void Unboxing(double boxingtime)
    {
        Stopwatch s = new Stopwatch();
        s.Start();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        {
            int a = 33;//DATA GOES TO STACK
            object b = a;//HEAP IS REFERENCED
            int c = (int)b;//unboxing only hEre ....HEAP GOES TO STACK
        }
        s.Stop();

        var UnBoxing =  s.Elapsed.TotalMilliseconds- boxingtime;
        Console.WriteLine("UnBoxing time : " + UnBoxing);
    }

    private static double Boxing()
    {
        Stopwatch s = new Stopwatch();
        s.Start();
        for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        {
            int a = 33;
            object b = a;
        }
        s.Stop();
        var elapsed = s.Elapsed.TotalMilliseconds;
        Console.WriteLine("Boxing time : " + elapsed);
        return elapsed;
    }
}
}
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回答 8

Stack Overflow用户

发布于 2014-11-03 02:31:58

尽管人们已经为为什么拆箱比装箱更快提供了奇妙的解释。我想更多地介绍一下您用来测试性能差异的方法。

你从你发布的代码中得到结果了吗(速度相差10倍)?如果我在发布模式下运行该程序,则输出如下:

代码语言:javascript
复制
Program started
Boxing time : 0.2741
UnBoxing time : 4.5847
Program ended

每当我做一个微性能基准测试时,我倾向于进一步验证我确实是在比较我打算比较的操作。编译器可以对你的代码进行优化。在ILDASM中打开可执行文件:

下面是UnBoxing的IL:(我只包含了最重要的部分)

代码语言:javascript
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IL_0000:  newobj     instance void [System]System.Diagnostics.Stopwatch::.ctor()
IL_0005:  stloc.0
IL_0006:  ldloc.0 
IL_0007:  callvirt   instance void [System]System.Diagnostics.Stopwatch::Start()
IL_000c:  ldc.i4.0
IL_000d:  stloc.1
IL_000e:  br.s       IL_0025
IL_0010:  ldc.i4.s   33
IL_0012:  stloc.2
IL_0013:  ldloc.2
IL_0014:  box        [mscorlib]System.Int32    //Here is the boxing
IL_0019:  stloc.3
IL_001a:  ldloc.3
IL_001b:  unbox.any  [mscorlib]System.Int32    //Here is the unboxing
IL_0020:  pop
IL_0021:  ldloc.1
IL_0022:  ldc.i4.1
IL_0023:  add
IL_0024:  stloc.1
IL_0025:  ldloc.1
IL_0026:  ldc.i4     0xf4240
IL_002b:  blt.s      IL_0010
IL_002d:  ldloc.0
IL_002e:  callvirt   instance void [System]System.Diagnostics.Stopwatch::Stop()

这是Boxing的代码:

代码语言:javascript
复制
IL_0000:  newobj     instance void [System]System.Diagnostics.Stopwatch::.ctor()
IL_0005:  stloc.0
IL_0006:  ldloc.0
IL_0007:  callvirt   instance void [System]System.Diagnostics.Stopwatch::Start()
IL_000c:  ldc.i4.0
IL_000d:  stloc.1
IL_000e:  br.s       IL_0017
IL_0010:  ldc.i4.s   33
IL_0012:  stloc.2
IL_0013:  ldloc.1
IL_0014:  ldc.i4.1
IL_0015:  add
IL_0016:  stloc.1
IL_0017:  ldloc.1
IL_0018:  ldc.i4     0xf4240
IL_001d:  blt.s      IL_0010
IL_001f:  ldloc.0
IL_0020:  callvirt   instance void [System]System.Diagnostics.Stopwatch::Stop()

在装箱方法中根本没有装箱指令。它已被编译器完全删除。Boxing方法除了迭代一个空循环之外,什么也不做。因此,以unboxing度量的时间就是装箱和拆箱的总时间。

微基准测试很容易受到编译器技巧的影响。我建议你也看看你的IL。如果您使用的是不同的编译器,则可能会有所不同。

我稍微修改了一下你的测试代码:

装箱方法:

代码语言:javascript
复制
private static object Boxing()
{
    Stopwatch s = new Stopwatch();

    int unboxed = 33;
    object boxed = null;

    s.Start();

    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
    {
        boxed = unboxed;
    }

    s.Stop();

    var elapsed = s.Elapsed.TotalMilliseconds;
    Console.WriteLine("Boxing time : " + elapsed);

    return boxed;
}

和拆箱方法:

代码语言:javascript
复制
private static int Unboxing()
{
    Stopwatch s = new Stopwatch();

    object boxed = 33;
    int unboxed = 0;

    s.Start();

    for (int i = 0; i < 1000000; i++)
    {
        unboxed = (int)boxed;
    }

    s.Stop();

    var time = s.Elapsed.TotalMilliseconds;
    Console.WriteLine("UnBoxing time : " + time);

    return unboxed;
}

这样它们就可以被翻译成类似的IL:

对于装箱方法:

代码语言:javascript
复制
IL_000c:  callvirt   instance void [System]System.Diagnostics.Stopwatch::Start()
IL_0011:  ldc.i4.0
IL_0012:  stloc.3
IL_0013:  br.s       IL_0020
IL_0015:  ldloc.1
IL_0016:  box        [mscorlib]System.Int32  //Here is the boxing
IL_001b:  stloc.2
IL_001c:  ldloc.3
IL_001d:  ldc.i4.1
IL_001e:  add
IL_001f:  stloc.3
IL_0020:  ldloc.3
IL_0021:  ldc.i4     0xf4240
IL_0026:  blt.s      IL_0015
IL_0028:  ldloc.0
IL_0029:  callvirt   instance void [System]System.Diagnostics.Stopwatch::Stop()

对于UnBoxing:

代码语言:javascript
复制
IL_0011:  callvirt   instance void [System]System.Diagnostics.Stopwatch::Start()
IL_0016:  ldc.i4.0
IL_0017:  stloc.3
IL_0018:  br.s       IL_0025
IL_001a:  ldloc.1
IL_001b:  unbox.any  [mscorlib]System.Int32  //Here is the UnBoxng
IL_0020:  stloc.2
IL_0021:  ldloc.3
IL_0022:  ldc.i4.1
IL_0023:  add
IL_0024:  stloc.3
IL_0025:  ldloc.3
IL_0026:  ldc.i4     0xf4240
IL_002b:  blt.s      IL_001a
IL_002d:  ldloc.0
IL_002e:  callvirt   instance void [System]System.Diagnostics.Stopwatch::Stop()

运行几个循环以消除冷启动效果:

代码语言:javascript
复制
static void Main(string[] args)
{
    Console.WriteLine("Program started");
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        Boxing();
        Unboxing();
    }
    Console.WriteLine("Program ended");
    Console.Read();
}

下面是输出:

代码语言:javascript
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Program started
Boxing time : 3.4814
UnBoxing time : 0.1712
Boxing time : 2.6294
...
Boxing time : 2.4842
UnBoxing time : 0.1712
Program ended

这是否证明拆箱比装箱快10倍?让我们用windbg签出汇编代码:

代码语言:javascript
复制
0:004> !u 000007fe93b83940
Normal JIT generated code
MicroBenchmarks.Program.Boxing()
...
000007fe`93ca01b3 call    System_ni+0x2905e0 (000007fe`f07a05e0) (System.Diagnostics.Stopwatch.GetTimestamp(), mdToken: 00000000060040d2)
...
//This is the for loop
000007fe`93ca01c2 mov     eax,21h
000007fe`93ca01c7 mov     dword ptr [rsp+20h],eax
000007fe`93ca01cb lea     rdx,[rsp+20h]
000007fe`93ca01d0 lea     rcx,[mscorlib_ni+0x6e92b0 (000007fe`f18b92b0)]
//here is the boxing
000007fe`93ca01d7 call    clr!JIT_BoxFastMP_InlineGetThread (000007fe`f33126d0)   
000007fe`93ca01dc mov     rsi,rax
//loop unrolling. instead of increment i by 1, we are actually incrementing i by 4
000007fe`93ca01df add     edi,4                 
000007fe`93ca01e2 cmp     edi,0F4240h           // 0F4240h = 1000000
000007fe`93ca01e8 jl      000007fe`93ca01c2     // jumps to the line "mov eax,21h"
//end of the for loop
000007fe`93ca01ea mov     rcx,rbx
000007fe`93ca01ed call    System_ni+0x2acb70 (000007fe`f07bcb70) (System.Diagnostics.Stopwatch.Stop(), mdToken: 00000000060040cb)

UnBoxing的程序集:

代码语言:javascript
复制
0:004> !u 000007fe93b83930
Normal JIT generated code
MicroBenchmarks.Program.Unboxing()
Begin 000007fe93ca02c0, size 117
000007fe`93ca02c0 push    rbx
...
000007fe`93ca030a call    System_ni+0x2905e0 (000007fe`f07a05e0) (System.Diagnostics.Stopwatch.GetTimestamp(), mdToken: 00000000060040d2)
000007fe`93ca030f mov     qword ptr [rbx+10h],rax
000007fe`93ca0313 mov     byte ptr [rbx+18h],1
000007fe`93ca0317 xor     eax,eax
000007fe`93ca0319 mov     edi,dword ptr [rdi+8]
000007fe`93ca031c nop     dword ptr [rax]
//This is the for loop
//again, loop unrolling
000007fe`93ca0320 add     eax,4
000007fe`93ca0323 cmp     eax,0F4240h    // 0F4240h = 1000000
000007fe`93ca0328 jl      000007fe`93ca0320  //jumps to "add eax,4"
//end of the for loop
000007fe`93ca032a mov     rcx,rbx
000007fe`93ca032d call    System_ni+0x2acb70 (000007fe`f07bcb70) (System.Diagnostics.Stopwatch.Stop(), mdToken: 00000000060040cb)

您可以看到,即使在IL级别进行比较似乎是合理的,JIT仍然可以在运行时执行另一个优化。UnBoxing方法再次执行am空循环。除非你验证了这两种方法执行的代码是可比较的,否则很难简单地得出“拆箱比装箱快10倍”的结论。

票数 8
EN

Stack Overflow用户

发布于 2014-11-01 16:47:24

可以将拆箱看作是从已装箱对象到寄存器的单个内存加载指令。可能需要一些周围的地址计算和cast验证逻辑。已装箱的对象类似于具有已装箱类型的一个字段的类。这些操作能有多昂贵呢?不是很多,特别是因为您的基准测试中的L1缓存命中率约为100%。

装箱涉及到分配一个新对象,并在以后对其进行GC。在您的代码中,GC可能会在99%的情况下触发分配。

也就是说,您的基准测试是无效的,因为循环没有副作用。这可能是幸运的,目前的JIT不能优化它们。以某种方式让循环计算一个结果,并将其导入GC.KeepAlive中,使结果看起来像是使用过的。此外,您可能正在运行调试模式。

票数 5
EN

Stack Overflow用户

发布于 2014-11-01 16:43:56

因为装箱涉及对象,而取消装箱涉及原语。在OOP语言中,原语的全部目的是提高性能;因此,它的成功似乎并不令人惊讶。

票数 2
EN
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原文链接:

https://stackoverflow.com/questions/26687544

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