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讨论:泛型是否会对性能产生负面影响

| 作者 赵劼 关注 4 他的粉丝 发布于 2009年5月31日. 估计阅读时间: 6 分钟 | Google、Facebook、Pinterest、阿里、腾讯 等顶尖技术团队的上百个可供参考的架构实例!

正值端午传统节日,在国内知名的.NET技术社区博客园中进行了一场较为激烈的讨论。讨论话题围绕:.NET中的泛型是否会影响性能。

飞林沙的一篇文章《从dynamic到特性误用》引起了这场讨论。在这片文章中,飞林沙指出C# 4.0新增的dynamic关键字会对程序性能的影响,呼吁大家仅在合适的时候使用dynamic新特性。可能是由于社区中对于C# 4.0的新特性还不太关注,这个问题本身的反响不大。反而是文章所引发的一个周边话题引起了网友的兴趣。

在文章的结尾,飞林沙认为太多开发人员并没有了解新特性的优劣就盲目追逐,并举出他所认为的一个泛型错误做法:

……我看到有人在代码中使用List<Object>而不是ArrayList,我不明白这种做法除了降低性能之外还有什么好处……

文章发表不久,便有网友对此观点产生质疑,认为“泛型是生成新的类型,拿来的效率影响之说”,不过也有网友表示“.NET的泛型会略微影响效率,跟C++略有些不同”。在Jeffrey Zhao发表了一篇性能比较文章之后,围绕这个话题的讨论便由此展开。

Jeffrey Zhao的文章《泛型真的会降低性能吗?》使用代码来统计常用操作所消耗的时间,试图发现泛型容器对性能的影响。除了.NET类库中经典的ArrayList和List<T>类型之外,他还编写了最简单的MyArrayList和MyList<T>两个类型,目的是避免其它任何实现方面的细节对性能的影响。对于长度为100的容器,各执行30万次操作的结果如下表所示:

  使用for进行下标遍历 使用foreach进行遍历
MyArrayList 2,398ms 21,367ms
MyList<Object> 2,285ms 3,463ms
ArrayList 2,282ms 5,187ms
List<Object> 2,302ms 2,989ms

根据实验结果,Jeffrey Zhao得出了以下结论:

……泛型的MyList性能甚至略比MyArrayList有所提高。当然测试的结果其实是互有胜负,但是事实上,MyList的获胜的次数甚至还略有领先……从结果上已经可以看出,泛型并不会影响性能,而List<T>的性能也不比ArrayList要差……

Jeffrey Zhao同时呼吁“在有泛型支持的情况下,尽量使用泛型容器。例如使用List<Object>而不是ArrayList”:

……除了“性能”之外,老赵的还有其他一些理由。例如使用List<Object>的话就可以使用框架内部所定义的各种有用的辅助方法(要知道在.NET框架中,现在几乎都是在针对IEnumerable<T>进行开发);而我们平时写程序时,也可以统一的针对泛型编程,如IList<T>,IEnumerable<T>,不必考虑List或Enumerable等非泛型元素。

Jeffrey Zhao的测试结果得到了大部分网友的承认,不过也有部分网友对这个实验的部分做法有所质疑。如开源框架NBear的创始人Teddy Ma认为MyArrayList的foreach操作慢的原因在于非泛型的IEnumerator内部对于数组使用Array.GetValue(Int32)来获取对象,而泛型的IEnumerator<T>则直接使用数组下标进行访问:

……如果都用for而不是foreach,我想应该非泛型略快一点点。

对此,Jeffrey Zhao回应道:

……我测试的都是平时的常用操作,黑盒测试,没有故意去走某个特别慢的路径。……看来内部实现的造成问题,可惜我们平时都是用这个做法,因为是框架自带的。

为什么总是说泛型性能会差一些?测试结果都摆在这里了。根据测试结果,就算是下标访问,泛型也不差。……所以结论还是不变,能够用List<Object>就不要用ArrayList。

稍后又有网友引用了国外网友Rico Mariani的文章回复中总结的观点,认为ArrayList比List<Object>性能差的原因在于:

  1. ArrayList中使用了大量的虚方法,.NET框架设计团队不反对我们继承ArrayList实现新的集合类型。这种做法也影响了JIT对方法的内联。
  2. ArrayList的遍历器实现较为复杂,会构造大量的Enumerator对象。而在.NET 2.0中新设计的List<T>类型简化了这部分代码,获得了较高的性能。

至此,大家基本已经达成共识,ArrayList性能较差是由于内部实现逻辑的影响,在实际开发过程中使用List<Object>能够获得更好的性能。不过,还是有一些网友“普遍认为”,抛开泛型对值类型装箱/拆箱的性能优化,纯粹的泛型容器性能还是会略低于非泛性的Object容器。不过,Jeffrey Zhao新发表的一篇文章似乎从根本上推翻了这个看法。

在《从汇编入手,探究泛型的性能问题》一文中,Jeffrey Zhao使用WinDbg查看了MyArrayList和MyList<Object>的下标get方法,在JIT之后所生成的汇编代码,并加以详细的分析和对比。比较的结果发现,两者除了几个地址不同之外,在执行时所经过的指令几乎完全相同,以此有力地证明了“泛型并不会影响程序性能”。

在问题的讨论过程中也产生了一些额外的话题,例如究竟应该使用for和下标访问,还是foreach来遍历一个容器,还有一个应用程序是否应该在这样的地方追求性能提升。

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理论=实际 by Yang Bob

我想说这个30万操作调用在实际的应用中的场景,一次密集执行30万的情景多还是累计执行30万次多,如果真的需要这么密集的操作,那么是不是又说明了其他问题呢?另外如果时间上处于分散状态,那么快慢根本可以忽略,这篇文章我认为属于"理论"研究,有点脱离实际的场景.

Re: 理论=实际 by zhang rocky

"另外如果时间上处于分散状态,那么快慢根本可以忽略,这篇文章我认为属于"理论"研究,有点脱离实际的场景. "阁下说的很对,但是,这篇article的题目是“泛型是否会对性能产生负面影响”,就泛型讨论泛型,这是一个工程中的小细节,而不是整个工程的Bus

Re: 理论=实际 by xing xing

题目跟内容就已经有出入了,就算.net泛型 会对性能产生负面影响 也不能代表其他语言实现的泛型会对性能产生负面影响.
再则,如果产生影响,只能说是.net 挂羊头卖狗肉了.
infoq这篇文章是不是有点标题党了

Re: 理论=实际 by Jeffrey Zhao

的确这是专讲.NET的泛型。不过看到摘要已经说清了是.NET社区,因此就没有太多注意。下次一定改正,希望继续支持,谢谢!
至于泛型的性能,其实是因为Java的泛型只是编译器的语法糖,对于性能没有提升。
而.NET对于性能来说,由于避免了装箱/拆箱/类型转换等操作,因此性能的提升是很明显的(尤其是避免了装箱/拆箱)。
于是有人的意见就是,有得必有失,是否List<Object>性能就会略差于直接使用Object呢?这篇文章讨论的其实是这个问题。</object>

可以直接使用ForEach方法 by 梁 中华

为什么直接用foreach呢?可以直接使用ForEach方法,这个方法可以避免每次循环调用时的枚举变量,速度应该更快些的

Re: 可以直接使用ForEach方法 by Jeffrey Zhao

其实ForEach方法内部就是一个for循环,通过下标访问List<T>,性能和试验里的for循环性能是一样的。
foreach其实是提供了更好的语义,虽然性能会略有降低。</t>

Re: 理论=实际 by xing xing

我觉得如果一个语言里如果要用泛型的话,这个泛型的具体化版本实现应该由编译程序来完成,而不是程序执行时动态实现,如果不是由编译器来完成这具体化的工作,那么可能只是称呼大于其实际内容了

Re: 理论=实际 by Jeffrey Zhao

在.NET中,泛型实际由JIT完成,其实也是由编译器生成的新类型。
在Java中,JVM本身不支持范型,Java代码中的泛型由Java语言编译器转化为Cast操作,实际效果和自己写存储Object然后进行Cast是一样的。

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