如果要在 .NET 中开发高性能应用程序,则有效管理内存至关重要。处理内存的传统方法通常涉及复制大型数组或数据切片,这可能会带来大量开销,尤其是在性能关键型场景中。在处理大型数据集、处理数据流或开发低延迟系统(如游戏或实时应用程序)时,这变得尤其成问题。
开发人员面临的一个常见挑战是需要处理存储在数组或缓冲区中的数据子集。传统上,要使用数组的一部分,开发人员要么将数据复制到新数组中,要么使用需要为每个操作分配的方法。虽然这些技术有效,但它们可能导致:
当使用高性能应用程序时,这些问题会被放大,因为此时每一毫秒都很重要。显然,需要一种更高效的方式来处理数据切片,而不会产生复制或频繁分配的开销。
假设您正在处理存储在数组中的大型数据集,并且需要处理此数据的不同切片。使用数组时,通常可以通过每次需要执行操作时将数组的必要部分复制到新数组中来实现此目的。以下是发生的情况:
使用数组的示例:
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int[] slice = new int[3];
Array.Copy(numbers, 1, slice, 0, 3); // Creates a new array [2, 3, 4]
slice[0] = 10; // Modifies the slice, but not the original array
// The original array remains unchanged: [1, 2, 3, 4, 5]
// The slice is a new array: [10, 3, 4]
这里发生了什么:
现在,让我们将其与如何实现相同的操作而没有缺点进行比较。Span<T>
Span<T>是一种仅堆栈类型,表示任意内存的连续区域。与数组或其他集合不同,它不涉及堆分配,因此非常适合性能关键型应用程序。它允许您使用数组、缓冲区甚至非托管内存的子集,而无需复制数据。这意味着您可以直接对数据切片执行操作,而无需中间分配。Span<T>
示例使用 :Span<T>
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
Span<int> slice = numbers.AsSpan(1, 3); // Creates a slice [2, 3, 4]
slice[0] = 10; // Modifies the original array
// The original array is directly modified: [1, 10, 3, 4, 5]
// No new array is created, and the operation is performed in place.
这里发生了什么:
虽然功能非常强大,但它有一个限制:它是仅堆栈类型,这意味着它不能存储在字段中或跨异步方法使用。这就是进来的地方。 是一种堆分配类型,它提供与无法分配功能相同的功能,但可以在无法使用的情况下使用,例如,当您需要将数据切片存储在字段中或在方法之间异步传递它们时。Span<T>Memory<T>Memory<T>Span<T>Span<T>
示例使用 :Memory<T>
public class DataProcessor
{
private Memory<byte> _data;
public DataProcessor(byte[] data)
{
_data = data;
}
public async Task ProcessDataAsync()
{
// Use Memory<T> in async methods
var slice = _data.Slice(0, 100);
await ProcessSliceAsync(slice);
}
private Task ProcessSliceAsync(Memory<byte> slice)
{
// Process the data slice here
return Task.CompletedTask;
}
}
了解何时使用是充分利用这些类型的关键。以下是他们大放异彩的一些场景:Span<T>Memory<T>
Span<T>并代表了我们在 .NET 中处理数据的方式的重大进步。通过消除不必要的内存分配和减少 GC 压力,它们使开发人员能够构建可以高效扩展的高性能应用程序。Memory<T>
无论您是构建实时系统、处理大型数据集还是优化网络堆栈,了解和利用 IT 都可以带来实质性的性能改进。随着您继续探索这些强大的类型,您将发现更多优化 .NET 应用程序并突破可能性界限的机会。