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¿Las clases selladas realmente ofrecen beneficios de rendimiento? (11)
<off-topic-rant>
Odio las clases selladas. Incluso si los beneficios de rendimiento son asombrosos (lo cual dudo), destruyen el modelo orientado a objetos al evitar la reutilización por herencia. Por ejemplo, la clase Thread está sellada. Si bien puedo ver que uno podría querer que los subprocesos sean lo más eficientes posible, también puedo imaginar escenarios en los que poder subclasificar subprocesos tendría grandes beneficios. Autores de la clase, si debe sellar sus clases por razones de "rendimiento", proporcione una interfaz como mínimo para que no tengamos que ajustar y reemplazar en todos los lugares donde necesitamos una función que olvidó.
Ejemplo: SafeThread tuvo que ajustar la clase Thread porque Thread está sellado y no hay una interfaz IThread; SafeThread atrapa automáticamente las excepciones no controladas en los subprocesos, algo que falta por completo en la clase Thread. [y no, los eventos de excepción no controlados no recogen excepciones no controladas en subprocesos secundarios].
</off-topic-rant>
He encontrado muchos consejos de optimización que dicen que debe marcar sus clases como selladas para obtener beneficios de rendimiento adicionales.
Ejecuté algunas pruebas para verificar el diferencial de rendimiento y no encontré ninguna. ¿Estoy haciendo algo mal? ¿Me estoy perdiendo el caso en que las clases selladas darán mejores resultados?
¿Alguien ha realizado pruebas y ha visto una diferencia?
Ayudame a aprender :)
@ Vaibhav, ¿qué tipo de pruebas ejecutó para medir el rendimiento?
Supongo que uno tendría que usar Rotor y profundizar en CLI y comprender cómo una clase sellada mejoraría el rendimiento.
SSCLI (rotor)
SSCLI: Infraestructura de lenguaje común de fuente compartidaCommon Language Infrastructure (CLI) es el estándar ECMA que describe el núcleo de .NET Framework. Shared Source CLI (SSCLI), también conocido como Rotor, es un archivo comprimido del código fuente para una implementación funcional de ECMA CLI y la especificación de lenguaje ECMA C #, tecnologías en el corazón de la arquitectura .NET de Microsoft.
Actualización: a partir de .NET Core 2.0 y .NET Desktop 4.7.1, el CLR ahora admite la desvirtualización. Puede tomar métodos en clases selladas y reemplazar llamadas virtuales con llamadas directas, y también puede hacerlo para clases no selladas si puede descubrir que es seguro hacerlo.
En tal caso (una clase sellada que el CLR no podría detectar como segura para desvirtualizar), una clase sellada debería ofrecer algún tipo de beneficio de rendimiento.
Dicho esto, no creo que valga la pena preocuparse a menos que ya haya perfilado el código y haya determinado que estaba en una ruta particularmente caliente que se llamaba millones de veces, o algo así:
Respuesta original
Hice el siguiente programa de prueba y luego lo descompilé usando Reflector para ver qué código MSIL se emitió.
public class NormalClass {
public void WriteIt(string x) {
Console.WriteLine("NormalClass");
Console.WriteLine(x);
}
}
public sealed class SealedClass {
public void WriteIt(string x) {
Console.WriteLine("SealedClass");
Console.WriteLine(x);
}
}
public static void CallNormal() {
var n = new NormalClass();
n.WriteIt("a string");
}
public static void CallSealed() {
var n = new SealedClass();
n.WriteIt("a string");
}
En todos los casos, el compilador de C # (Visual studio 2010 en la configuración de compilación de lanzamiento) emite MSIL idéntico, que es el siguiente:
L_0000: newobj instance void <NormalClass or SealedClass>::.ctor()
L_0005: stloc.0
L_0006: ldloc.0
L_0007: ldstr "a string"
L_000c: callvirt instance void <NormalClass or SealedClass>::WriteIt(string)
L_0011: ret
La razón frecuentemente citada de que la gente dice que el sellado proporciona beneficios de rendimiento es que el compilador sabe que la clase no se anula y, por lo tanto, puede usar call lugar de callvirt ya que no tiene que verificar si hay virtuales, etc. Como se demostró anteriormente, esto no es verdad.
Mi siguiente pensamiento fue que, aunque el MSIL es idéntico, ¿quizás el compilador JIT trata las clases selladas de manera diferente?
Ejecuté una versión de lanzamiento bajo el depurador visual studio y vi la salida x86 descompilada. En ambos casos, el código x86 era idéntico, con la excepción de los nombres de clase y las direcciones de memoria de funciones (que, por supuesto, deben ser diferentes). Aquí está
// var n = new NormalClass();
00000000 push ebp
00000001 mov ebp,esp
00000003 sub esp,8
00000006 cmp dword ptr ds:[00585314h],0
0000000d je 00000014
0000000f call 70032C33
00000014 xor edx,edx
00000016 mov dword ptr [ebp-4],edx
00000019 mov ecx,588230h
0000001e call FFEEEBC0
00000023 mov dword ptr [ebp-8],eax
00000026 mov ecx,dword ptr [ebp-8]
00000029 call dword ptr ds:[00588260h]
0000002f mov eax,dword ptr [ebp-8]
00000032 mov dword ptr [ebp-4],eax
// n.WriteIt("a string");
00000035 mov edx,dword ptr ds:[033220DCh]
0000003b mov ecx,dword ptr [ebp-4]
0000003e cmp dword ptr [ecx],ecx
00000040 call dword ptr ds:[0058827Ch]
// }
00000046 nop
00000047 mov esp,ebp
00000049 pop ebp
0000004a ret
Entonces pensé que tal vez correr bajo el depurador hace que realice una optimización menos agresiva.
Luego ejecuté un ejecutable de compilación de versión independiente fuera de cualquier entorno de depuración, y usé WinDBG + SOS para entrar después de que el programa se había completado, y ver el desensamblaje del código x86 compilado JIT.
Como puede ver en el código a continuación, cuando se ejecuta fuera del depurador, el compilador JIT es más agresivo y ha WriteIt método WriteIt directamente a la persona que llama. Sin embargo, lo crucial es que era idéntico al llamar a una clase sellada frente a una no sellada. No hay diferencia alguna entre una clase sellada o no sellada.
Aquí es cuando se llama a una clase normal:
Normal JIT generated code
Begin 003c00b0, size 39
003c00b0 55 push ebp
003c00b1 8bec mov ebp,esp
003c00b3 b994391800 mov ecx,183994h (MT: ScratchConsoleApplicationFX4.NormalClass)
003c00b8 e8631fdbff call 00172020 (JitHelp: CORINFO_HELP_NEWSFAST)
003c00bd e80e70106f call mscorlib_ni+0x2570d0 (6f4c70d0) (System.Console.get_Out(), mdToken: 060008fd)
003c00c2 8bc8 mov ecx,eax
003c00c4 8b1530203003 mov edx,dword ptr ds:[3302030h] ("NormalClass")
003c00ca 8b01 mov eax,dword ptr [ecx]
003c00cc 8b403c mov eax,dword ptr [eax+3Ch]
003c00cf ff5010 call dword ptr [eax+10h]
003c00d2 e8f96f106f call mscorlib_ni+0x2570d0 (6f4c70d0) (System.Console.get_Out(), mdToken: 060008fd)
003c00d7 8bc8 mov ecx,eax
003c00d9 8b1534203003 mov edx,dword ptr ds:[3302034h] ("a string")
003c00df 8b01 mov eax,dword ptr [ecx]
003c00e1 8b403c mov eax,dword ptr [eax+3Ch]
003c00e4 ff5010 call dword ptr [eax+10h]
003c00e7 5d pop ebp
003c00e8 c3 ret
Vs una clase sellada:
Normal JIT generated code
Begin 003c0100, size 39
003c0100 55 push ebp
003c0101 8bec mov ebp,esp
003c0103 b90c3a1800 mov ecx,183A0Ch (MT: ScratchConsoleApplicationFX4.SealedClass)
003c0108 e8131fdbff call 00172020 (JitHelp: CORINFO_HELP_NEWSFAST)
003c010d e8be6f106f call mscorlib_ni+0x2570d0 (6f4c70d0) (System.Console.get_Out(), mdToken: 060008fd)
003c0112 8bc8 mov ecx,eax
003c0114 8b1538203003 mov edx,dword ptr ds:[3302038h] ("SealedClass")
003c011a 8b01 mov eax,dword ptr [ecx]
003c011c 8b403c mov eax,dword ptr [eax+3Ch]
003c011f ff5010 call dword ptr [eax+10h]
003c0122 e8a96f106f call mscorlib_ni+0x2570d0 (6f4c70d0) (System.Console.get_Out(), mdToken: 060008fd)
003c0127 8bc8 mov ecx,eax
003c0129 8b1534203003 mov edx,dword ptr ds:[3302034h] ("a string")
003c012f 8b01 mov eax,dword ptr [ecx]
003c0131 8b403c mov eax,dword ptr [eax+3Ch]
003c0134 ff5010 call dword ptr [eax+10h]
003c0137 5d pop ebp
003c0138 c3 ret
Para mí, esto proporciona una prueba sólida de que no puede haber ninguna mejora en el rendimiento entre los métodos de llamada en clases selladas frente a no selladas ... Creo que estoy contento ahora :-)
Como sé, no hay garantía de beneficio de rendimiento. Pero existe la posibilidad de disminuir la penalización de rendimiento bajo alguna condición específica con un método sellado. (la clase sellada hace que todos los métodos sean sellados).
Pero depende del entorno de implementación y ejecución del compilador.
Detalles
Muchas de las CPU modernas usan una estructura de tubería larga para aumentar el rendimiento. Debido a que la CPU es increíblemente más rápida que la memoria, la CPU tiene que buscar previamente el código de la memoria para acelerar la canalización. Si el código no está listo en el momento adecuado, las tuberías estarán inactivas.
Hay un gran obstáculo llamado despacho dinámico que interrumpe esta optimización de ''captación previa''. Puedes entender esto solo como una ramificación condicional.
// Value of `v` is unknown,
// and can be resolved only at runtime.
// CPU cannot know which code to prefetch.
// Therefore, just prefetch any one of a() or b().
// This is *speculative execution*.
int v = random();
if (v==1) a();
else b();
La CPU no puede buscar previamente el siguiente código para ejecutar en este caso porque la siguiente posición del código es desconocida hasta que se resuelva la condición. Esto hace que el hazard provoque que la tubería esté inactiva. Y la penalización de rendimiento por inactividad es enorme en regular.
Algo similar sucede en caso de anulación del método. El compilador puede determinar la anulación del método adecuado para la llamada al método actual, pero a veces es imposible. En este caso, el método adecuado solo se puede determinar en tiempo de ejecución. Este también es un caso de despacho dinámico y, una razón principal de los lenguajes de tipo dinámico son generalmente más lentos que los idiomas de tipo estático.
Algunas CPU (incluidos los recientes chips x86 de Intel) utilizan una técnica llamada ejecución especulativa para utilizar la canalización incluso en la situación. Simplemente busque una ruta de ejecución. Pero la tasa de éxito de esta técnica no es tan alta. Y la falla de la especulación provoca un estancamiento de la tubería que también genera una gran penalización de rendimiento. (Esto es completamente por la implementación de la CPU. Algunas CPU móviles se conocen como no este tipo de optimización para ahorrar energía)
Básicamente, C # es un lenguaje compilado estáticamente. Pero no siempre. No sé la condición exacta y esto depende completamente de la implementación del compilador. Algunos compiladores pueden eliminar la posibilidad de envío dinámico al evitar la anulación del método si el método está marcado como sealed . Estúpidos compiladores no pueden. Este es el beneficio de rendimiento del sealed .
Esta respuesta ( ¿Por qué es más rápido procesar una matriz ordenada que una matriz sin clasificar? ) Describe la predicción de ramificación mucho mejor.
Considero que las clases "selladas" son el caso normal y SIEMPRE tengo una razón para omitir la palabra clave "sellada".
Las razones más importantes para mí son:
a) Mejores comprobaciones en tiempo de compilación (la detección de interfaces no implementadas se detectará en tiempo de compilación, no solo en tiempo de ejecución)
y, razón principal:
b) El abuso de mis clases no es posible de esa manera.
Desearía que Microsoft hubiera hecho "sellado" el estándar, no "sin sellar".
Ejecute este código y verá que las clases selladas son 2 veces más rápidas:
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.ReadLine();
var watch = new Stopwatch();
watch.Start();
for (int i = 0; i < 10000000; i++)
{
new SealedClass().GetName();
}
watch.Stop();
Console.WriteLine("Sealed class : {0}", watch.Elapsed.ToString());
watch.Start();
for (int i = 0; i < 10000000; i++)
{
new NonSealedClass().GetName();
}
watch.Stop();
Console.WriteLine("NonSealed class : {0}", watch.Elapsed.ToString());
Console.ReadKey();
}
}
sealed class SealedClass
{
public string GetName()
{
return "SealedClass";
}
}
class NonSealedClass
{
public string GetName()
{
return "NonSealedClass";
}
}
salida: clase sellada: 00: 00: 00.1897568 clase no sellada: 00: 00: 00.3826678
El JITter a veces usará llamadas no virtuales a métodos en clases selladas ya que no hay forma de que puedan extenderse más.
Existen reglas complejas con respecto al tipo de llamada, virtual / no virtual, y no las conozco todas, así que realmente no puedo describirlas para usted, pero si busca en Google clases selladas y métodos virtuales, puede encontrar algunos artículos sobre el tema.
Tenga en cuenta que cualquier tipo de beneficio de rendimiento que obtenga de este nivel de optimización debe considerarse como último recurso, optimice siempre en el nivel algorítmico antes de optimizar en el nivel de código.
Aquí hay un enlace que menciona esto: divagar sobre la palabra clave sellada
La respuesta es no, las clases selladas no funcionan mejor que las no selladas.
El problema se reduce a los códigos de callvirt call vs callvirt IL. Call es más rápida que callvirt , y callvirt se usa principalmente cuando no sabe si el objeto ha sido subclasificado. Por lo tanto, la gente supone que si sella una clase, todos los códigos de calvirts cambiarán de calvirts a calls y serán más rápidos.
Desafortunadamente, callvirt hace otras cosas que también lo hacen útil, como buscar referencias nulas. Esto significa que incluso si una clase está sellada, la referencia podría ser nula y, por lo callvirt se necesita un callvirt . Puede evitar esto (sin necesidad de sellar la clase), pero se vuelve un poco inútil.
Las estructuras usan call porque no se pueden subclasificar y nunca son nulas.
Vea esta pregunta para más información:
Las clases selladas deberían proporcionar una mejora del rendimiento. Dado que no se puede derivar una clase sellada, cualquier miembro virtual puede convertirse en miembros no virtuales.
Por supuesto, estamos hablando de ganancias muy pequeñas. No marcaría una clase como sellada solo para obtener una mejora en el rendimiento a menos que el perfil revelara que es un problema.
Marcar una clase sealed debería tener impacto en el rendimiento.
Hay casos en los que csc podría tener que emitir un código de operación callvirt lugar de un código de operación call . Sin embargo, parece que esos casos son raros.
Y me parece que el JIT debería ser capaz de emitir la misma llamada de función no virtual para callvirt que para la call , si sabe que la clase no tiene ninguna subclase (todavía). Si solo existe una implementación del método, no tiene sentido cargar su dirección desde una vtable; simplemente llame a la implementación directamente. Para el caso, el JIT puede incluso en línea la función.
Es una especie de apuesta por parte del JIT, porque si luego se carga una subclase, el JIT tendrá que tirar ese código de máquina y compilar el código nuevamente, emitiendo una llamada virtual real. Supongo que esto no sucede a menudo en la práctica.
(Y sí, los diseñadores de VM realmente persiguen agresivamente estas pequeñas victorias de rendimiento).
las clases selladas serán al menos un poco más rápidas, pero a veces pueden ser mucho más rápidas ... si el Optimizador JIT puede hacer llamadas en línea que de otro modo habrían sido llamadas virtuales. Entonces, donde hay métodos que a menudo son lo suficientemente pequeños como para estar en línea, definitivamente considere sellar la clase.
Sin embargo, la mejor razón para sellar una clase es decir "No diseñé esto para heredarlo, así que no voy a dejar que te quemes, suponiendo que fue diseñado para ser así, y no voy a ir para quemarme encerrado en una implementación porque te dejo derivar de ella ".
Sé que algunos aquí han dicho que odian las clases selladas porque quieren la oportunidad de derivar de cualquier cosa ... pero esa NO ES LA OPCIÓN MÁS ADECUADA ... porque exponer una clase a la derivación te bloquea mucho más que no exponer todo ese. Es similar a decir "Odio las clases que tienen miembros privados ... A menudo no puedo hacer que la clase haga lo que quiero porque no tengo acceso". La encapsulación es importante ... el sellado es una forma de encapsulación.