.NET8极致性能优化CHRL
前言
.NET8在.NET7的基础上进行了进一步的优化，比如CHRL(全称:CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL)优化技术，CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL是边界检查，在.NET7里面它已经进行了部分优化，但是.NET8里面它继续优化，类似人工智能，.NET8能意识到某些性能问题，从而进行优化。本篇来看下
原文地址:.NET8极致性能优化CHRL
概述
JIT会对数组，字符串的范围边界进行检查。比如数组的索引是否在数组长度范围内，不能超过。所以JIT就会产生边界检查的步骤。
public class Tests
{
private byte[] _array = new byte[8];
private int _index = 4;
public void Get() => Get(_array, _index);
[MethodImpl(MethodImplOptions.NoInlining)]
private static byte Get(byte[] array, int index) => array[index];
}
Get函数.NET7的ASM如下:
; Tests.Get(Byte[], Int32)
sub rsp,28
cmp edx,[rcx+8]
jae short M01_L00
mov eax,edx
movzx eax,byte ptr [rcx+rax+10]
add rsp,28
ret
M01_L00:
call CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL
int 3
cmp指令把数组的MT(方法表)偏移8位置的数组长度与当前的数组索引对比，两者如果索引大于(后者)或等于(jae)数组长度(前者)的时候。就会跳转到CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL进行边界检查，可能会引发超出引范围的异常IndexOutOfRangeException。但是实际上这段这段代码的访问只需要两个mov，一个是数组的索引，一个是(MT(方法表)+0x10+索引）取其值返回即可。所以这个地方有清晰可见的优化的地方。
.NET8学习了一些范围边界的智能化优化，也就说，有的地方不需要边界检查，从而把边界检查优化掉，用以提高代码的性能。下面例子:
private readonly int[] _array = new int[7];
public int GetBucket() => GetBucket(_array, 42);
private static int GetBucket(int[] buckets, int hashcode) =>
buckets[(uint)hashcode % buckets.Length];
.NET7它的ASM如下:
; Tests.GetBucket()
sub rsp,28
mov rcx,[rcx+8]
mov eax,2A
mov edx,[rcx+8]
mov r8d,edx
xor edx,edx
idiv r8
cmp rdx,r8
jae short M00_L00
mov eax,[rcx+rdx*4+10]
add rsp,28
ret
M00_L00:
call CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL
int 3
它依然进行了边界检查，然.NET8的JIT能自动识别到(uint)hashcode%buckets.Length这个索引不可能超过数组的长度也就是buckets.Length。所以.NET8可以省略掉边界检查，如下.NET8 ASM
; Tests.GetBucket()
mov rcx,[rcx+8]
mov eax,2A
mov r8d,[rcx+8]
xor edx,edx
div r8
mov eax,[rcx+rdx*4+10]
ret
再看下另外一个例子:
public class Tests
{
private readonly string _s = "\"Hello, World!\"";
public bool IsQuoted() => IsQuoted(_s);
private static bool IsQuoted(string s) =>
s.Length >= 2 && s[0] == '"' && s[^1] == '"';
}
IsQuoted检查字符串是否至少有两个字符，并且字符串开头和结尾均以引号结束，s[^1]表示s[s.Length - 1]也就是字符串的长度。.NET7 ASM如下:
; Tests.IsQuoted(System.String)
sub rsp,28
mov eax,[rcx+8]
cmp eax,2
jl short M01_L00
cmp word ptr [rcx+0C],22
jne short M01_L00
lea edx,[rax-1]
cmp edx,eax
jae short M01_L01
mov eax,edx
cmp word ptr [rcx+rax*2+0C],22
sete al
movzx eax,al
add rsp,28
ret
M01_L00:
xor eax,eax
add rsp,28
ret
M01_L01:
call CORINFO_HELP_RNGCHKFAIL
int 3
注意看.NET7的骚操，它实际上进行了边界检查，但是只检查了一个，因为它只有一个jae指令跳转。这是为什么呢？JIT已经知道不需要对s[0]进行边界检查，因为s.Length >= 2已经检查过了，只要是小于2的索引(因为索引是无符号，没有负数)都不需要检查。但是依然对s[s.Length - 1]进行了边界检查，所以.NET7虽然也是骚操，但是它这个骚操不够彻底。
我们来看下彻底骚操的.NET8
; Tests.IsQuoted(System.String)
mov eax,[rcx+8]
cmp eax,2
jl short M01_L00
cmp word ptr [rcx+0C],22
jne short M01_L00
dec eax
cmp word ptr [rcx+rax*2+0C],22
sete al
movzx eax,al
ret
M01_L00:
xor eax,eax
ret
完全没有了边界检查，JIT不仅意识到s[0]是安全的，因为检查过了s.Length >= 2。因为检查过了s.Length >= 2，还意识到s.length> s.Length-1 >=1。所以不需要边界检查，全给它优化掉了。
可以看到.NET8的性能优化的极致有多厉害，它基本上榨干了JIT的引擎，让其进行最大智能化程度的优化。
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