前言
branch(分支)顾名思义:代码通过判断条件形成的执行情况,比如if/else这种判断分支。分支有用的代码是非常有意义的,它意味着是程序不可分割的部分。但是分支无意义的代码同样副作用巨大,比如一个永远不会执行的分支却一直被CLR加载,被JIT编译,被CPU识别,这种开销是巨大的。现代化的硬件,通过流水线技术,预测下一个指令执行的是谁,并且在上一个指令尚未执行完成,下一个指令已经被读取,解码,加载了。这也是一种巨大的开销,为了减少这种开销。目前的技术情况,编译器能做的是努力将分支最小化。本篇来看下。
原文:.NET8极致性能优化Branch,作者:江湖评谈,欢迎关注。
概述
有一种简单的减少分支影响性能的方法就是完全的删除分支,但是这似乎不可能。比如多个分支通向同一个结果,我们可以通过一种方式找到冗余的分支,全部删掉,只留下一个分支。这是目前的一种优化方案。
public class Tests
{
private static readonly Random s_rand = new();
private readonly string _text = "hello world!";
[Params(1.0, 0.5)]
public double Probability { get; set; }
public ReadOnlySpanchar> TrySlice() => SliceOrDefault(_text.AsSpan(), s_rand.NextDouble() 3 : 20);
[MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
public ReadOnlySpanchar> SliceOrDefault(ReadOnlySpanchar> span, int i)
{
if ((uint)i uint)span.Length)
{
return span.Slice(i);
}
return default;
}
}
TrySlice在.NET7上的ASM如下:
; Tests.TrySlice()push rdi push rsi
push rbp
push rbx
sub rsp,28
vzeroupper
mov rdi,rcx
mov rsi,rdx
mov rcx,[rdi+8]
test rcx,rcx
je short M00_L01
lea rbx,[rcx+0C]
mov ebp,[rcx+8]
M00_L00:
mov rcx,1EBBFC01FA0
mov rcx,[rcx]
mov rcx,[rcx+8]
mov rax,[rcx]
mov rax,[rax+48]
call qword ptr [rax+20]
vmovsd xmm1,qword ptr 服务器托管网[rdi+10]
vucomisd xmm1,xmm0
ja short M00_L02
mov eax,14
jmp short M00_L03
M00_L01:
xor ebx,ebx
xor ebp,ebp
jmp short M00_L00
M00_L02:
mov eax,3
M00_L03:
cmp eax,ebp
jae short M00_L04
cmp eax,ebp
ja short M00_L06
mov edx,eax
lea 服务器托管网 rdx,[rbx+rdx*2]
sub ebp,eax
jmp short M00_L05
M00_L04:
xor edx,edx
xor ebp,ebp
M00_L05:
mov [rsi],rdx
mov [rsi+8],ebp
mov rax,rsi
add rsp,28
pop rbx
pop rbp
pop rsi
pop rdi
ret
M00_L06:
call qword ptr [7FF999FEB498]
int 3
; Total bytes of code 136
看下M00_L03
M00_L03:cmp eax,ebp jae short M00_L04
cmp eax,ebp
ja short M00_L06
mov edx,eax
leardx,[rbx+rdx*2]
eax中已经被放置了3或者0x14,把它与dbp(也就是span.length)进行比较,这里有两个比较
cmp eax,ebp //看这个cmp
jae short M00_L04
cmpeax,ebp//以及这个cmp它们完全一样 比较
两个一样的cmp指令,前者cmp是if条件判断,后者cmp是span.Slice内联的机器码。所以这可以进行优化。在.NET8里面一个cmp分支被消除掉了:
M00_L04:
cmp eax,ebp
jae short M00_L07
mov ecx,eax
leardx,[rdi+rcx*2]
另外一种优化方式是,可以用简单的位操作技术来避免分支。
public class Tests
{
[Arguments(42, 84)]
public bool BothGreaterThanOrEqualZero(int i, int j) => i >= 0 && j >= 0;
}
.NET7里面BothGreaterThanOrEqualZero的ASM如下:
; Tests.BothGreaterThanOrEqualZero(Int32, Int32)
test edx,edx
jl short M00_L00
mov eax,r8d
not eax
shr eax,1F
ret
M00_L00:
xor eax,eax
ret
; Total bytes of code 16
; Tests.BothGreaterThanOrEqualZero(Int32, Int32)
test edx,edx
jl short M00_L00
mov eax,r8d
not eax
shr eax,1F
ret
M00_L00:
xor eax,eax
ret
; Total bytes of code 16
以上代码的&&符号可以用位操作符号来替代,可以将他们重写为等效的(i | j) >= 0。现在.NET8如下:
; Tests.BothGreaterThanOrEqualZero(Int32, Int32)
or edx,r8d
mov eax,edx
not eax
shr eax,1F
ret
;Totalbytesofcode11
如上所述,分支完全给避免掉了,不用判断,用位操作替代。
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