25个被忽视的C#实践：从性能优化到代码质量的全面提升

我开发过从企业级应用程序到性能关键型系统的各种项目，然而在这些年里，我注意到一件奇怪的事情——每个人都在谈论相同的最佳实践。

保持代码 DRY（不要重复自己）。
使用依赖注入。
遵循 SOLID 原则。

今天，我想分享 25 个 C# 实践中被谈论得不够多的技巧。这些习惯将经验丰富的 C# 开发者与那些只遵循教科书的人区分开来。

1. 结构体（Struct）不仅仅是为了性能——它们还能减少 Bug

大多数开发者都知道 C# 中的结构体是值类型，而类是引用类型。大多数关于结构体的讨论都围绕性能优势——如何通过传递结构体避免堆分配，以及它们不需要垃圾回收。但还有一个更大、鲜为人知的优势：结构体可以防止整类 Bug。

假设你正在处理一个接受金额值的 API。常见的做法是使用 decimal 类型：

public void ProcessPayment(decimal amount) { ... }

这虽然可行，但容易出错。有人可能会传递税率而不是金额。

相反，将值包装在结构体中会更清晰：

public readonly struct Money
{
    public decimal Amount { get; }
    public Money(decimal amount)
    {
        if (amount < 0) throw new ArgumentException("Amount cannot be negative.");
        Amount = amount;
    }
    public static implicit operator Money(decimal amount) => new Money(amount);
}

现在，你的 API 在类型级别上强制执行意图：

public void ProcessPayment(Money amount) { ... }

编译器不会让你意外传递税率或随机的 decimal。在这种情况下，结构体不仅提高了性能，还减少了开发者犯错的可能性。

2. 异步代码不仅仅是 `async` 和 `await`——它还关乎控制执行上下文

当人们讨论 C# 中的异步编程时，大多集中在 async 和 await 上。但这只是表面。真正的力量在于理解执行上下文。

以下是一个常见错误：

public async Task<int> GetDataAsync()
{
    var data = await _database.GetRecordsAsync();
    return data.Count;
}

乍一看，这似乎没问题。但如果 _database.GetRecordsAsync() 正在进行繁重的 I/O 工作，它会捕获同步上下文，可能导致 UI 应用程序中的死锁或高性能系统中不必要的上下文切换。

更好的方法是使用 ConfigureAwait(false)，当你不需要在同一上下文中恢复时：

public async Task<int> GetDataAsync()
{
    var data = await _database.GetRecordsAsync().ConfigureAwait(false);
    return data.Count;
}

这个小改动可以显著提高性能，尤其是在服务器应用程序中。然而，尽管这是一个最佳实践，但在性能关键领域之外的讨论中却很少被提及。

3. 避免 `null` 不仅仅是使用 `Nullable<T>`

每个 C# 开发者都曾面对可怕的 NullReferenceException。这就是为什么 C# 8.0 引入了可空引用类型。然而，即使有了这些功能，开发者仍然过度依赖 null。

以下是大多数人的做法：

public class UserService
{
    public User? GetUser(int id)
    {
        return _repository.FindById(id);
    }
}

现在，每个 GetUser 的调用者都必须检查 null：

var user = _userService.GetUser(1);
if (user != null)
{
    Console.WriteLine(user.Name);
}

这种方法会使代码变得杂乱。相反，更好的方法是返回一个 Option<T> 或特殊的“空”对象：

public sealed class NoUser : User { }
public static readonly User NoUserInstance = new NoUser();

现在，该方法永远不会返回 null：

public User GetUser(int id)
{
    return _repository.FindById(id) ?? NoUserInstance;
}

这个简单的改动消除了 null 检查，并减少了意外的 NullReferenceException Bug。然而，很少有 C# 开发者始终如一地实现它。

4. `Span<T>` 和 `Memory<T>` 是游戏规则改变者——即使你不编写高性能代码

Span<T> 和 Memory<T> 通常在高性能应用程序的上下文中讨论，但它们的真正好处是编写更安全、更高效的代码——而无需指针或不安全块的复杂性。

考虑以下简单示例：

public void ProcessBuffer(byte[] data)
{
    for (int i = 0; i < data.Length; i++)
    {
        data[i] = (byte)(data[i] + 1);
    }
}

使用 Span<T>，这变得更安全且更灵活：

public void ProcessBuffer(Span<byte> data)
{
    for (int i = 0; i < data.Length; i++)
    {
        data[i] = (byte)(data[i] + 1);
    }
}

为什么这更好？

它消除了不必要的堆分配。
它适用于数组和栈分配的内存。
它防止了大型缓冲区的意外复制，从而在大规模应用程序中提高了性能。

通过 Span<T> 和 Memory<T>，你可以安全高效地操作数据。但由于它们通常与“低级”性能优化相关联，大多数 C# 开发者并未探索它们的全部潜力。

5. 使用 `readonly struct` 实现真正的不可变性和性能

许多 C# 开发者使用不可变类来确保线程安全性和可预测性。但在某些场景中，不可变结构体甚至更好。

普通结构体仍可能被意外修改：

public struct Point
{
    public int X;
    public int Y;
}

即使结构体是值类型，如果通过引用传递，它们仍然可以被修改。为了强制执行不可变性，请使用 readonly struct：

public readonly struct Point
{
    public int X { get; }
    public int Y { get; }
    public Point(int x, int y) => (X, Y) = (x, y);
}

现在，Point 在创建后无法修改，确保了更好的性能和安全性。

6. 使用 `CallerMemberName` 实现更好的日志记录和调试

日志记录是调试和监控的重要组成部分，但许多开发者手动将方法名称传递到日志中：

public void ProcessOrder()
{
    _logger.Log("Processing order in ProcessOrder");
}

相反，使用 [CallerMemberName] 自动捕获方法名称：

public void LogMessage(string message, [CallerMemberName] string caller = "")
{
    Console.WriteLine($"{caller}: {message}");
}

现在，你可以简单地调用：

LogMessage("Processing order");

它会自动打印：

ProcessOrder: Processing order

这个小技巧减少了手动错误并提高了日志记录的准确性。

7. 使用 `Dictionary<TKey, Lazy<TValue>>` 实现高效缓存

在实现缓存时，许多开发者会立即将值存储在字典中：

private Dictionary<int, User> _userCache = new();

但这意味着即使从未使用过，每个条目也会预先计算。更好的方法是使用 Lazy<T> 进行延迟初始化：

private Dictionary<int, Lazy<User>> _userCache = new();

现在，值仅在访问时创建：

var user = _userCache[userId].Value; // 仅在第一次访问时计算

这提高了效率，尤其是在从 API 或数据库加载数据时。

8. 在依赖注入中使用 `KeyedService` 实现多实现

有时，你有多个接口实现，但标准依赖注入不允许你轻松选择特定的实现。

public interface INotification
{
    void Send(string message);
}
public class EmailNotification : INotification { ... }
public class SmsNotification : INotification { ... }

与其使用 IEnumerable<INotification> 并手动过滤，不如使用 .NET 8 引入的键控依赖注入：

builder.Services.AddKeyedSingleton<INotification, EmailNotification>("Email");
builder.Services.AddKeyedSingleton<INotification, SmsNotification>("SMS");

然后，像这样解析它：

var smsNotifier = serviceProvider.GetRequiredKeyedService<INotification>("SMS");

这简化了服务解析，避免了不必要的条件逻辑。

9. 使用 `Span<T>` 避免不必要的字符串分配

在 C# 中，字符串操作通常会导致隐藏的内存分配，尤其是在大规模应用程序中。考虑以下示例：

string input = "John,Doe,Developer";
var parts = input.Split(',');

每次调用 Split() 都会分配一个新的字符串数组。相反，使用 Span<T>：

ReadOnlySpan<char> input = "John,Doe,Developer";
var firstName = input.Slice(0, 4); // "John"

这种方法避免了不必要的分配，并且速度显著更快。

10. 在异步方法中正确使用 `CancellationToken`

许多开发者忘记在异步方法中传播 CancellationToken，导致应用程序无响应。

错误做法：

public async Task FetchData()
{
    await Task.Delay(5000); // 无法取消
}

更好的方法：

public async Task FetchData(CancellationToken token)
{
    await Task.Delay(5000, token);
}

这确保了如果用户取消操作，它会立即停止，而不是等待。

11. 使用 `Enumerable.Range()` 实现更简洁的循环

与其使用手动循环，不如使用 Enumerable.Range() 实现更简洁、更具表现力的代码：

foreach (var i in Enumerable.Range(1, 10))
{
    Console.WriteLine(i);
}

这种方法更具可读性和功能性，减少了与循环相关的错误。

12. 优先使用 `TryParse` 而不是 `Parse` 以避免异常

异常是昂贵的。与其使用 int.Parse()（在失败时抛出异常）：

int value = int.Parse("notANumber"); // 抛出异常

不如使用 TryParse() 来避免不必要的异常处理：

if (int.TryParse("notANumber", out int value))
{
    Console.WriteLine($"Valid number: {value}");
}

这提高了性能，并避免了不必要的 try-catch 块。

13. 使用 `record struct` 实现高性能不可变类型

C# 9 引入了记录（record）用于不可变类型，但 C# 10 进一步改进了它，引入了 record struct：

public readonly record struct Coordinates(int X, int Y);

这提供了：

✅ 不可变性
✅ 值语义（结构体行为）
✅ 更高效的内存使用

非常适合 DTO、事件数据和缓存场景。

14. 使用 `string.Create()` 优化字符串构建

在构建大型字符串时，与其使用 StringBuilder，不如使用 string.Create()，它直接写入内存：

var str = string.Create(5, 'X', (span, ch) =>
{
    span.Fill(ch);
});

这避免了中间分配，使其非常适合性能关键型应用程序。

15. 使用 `nameof()` 而不是硬编码字符串

在方法名称、属性名称或异常消息中使用硬编码字符串容易出错：

throw new ArgumentException("Invalid parameter: customerId");

相反，使用 nameof()：

throw new ArgumentException($"Invalid parameter: {nameof(customerId)}");

如果变量名称更改，nameof() 会自动更新，减少了维护工作量。

16. 使用 `ConditionalWeakTable` 将数据与对象关联

许多开发者将元数据存储在字典中，如果对象未被移除，可能会导致内存泄漏。

与其使用：

Dictionary<MyClass, string> _metadata = new();

不如使用 ConditionalWeakTable<T, TValue>，它在对象被垃圾回收时自动移除数据：

private static readonly ConditionalWeakTable<MyClass, string> _metadata = new();

这确保了没有内存泄漏，非常适合缓存计算值。

17. 使用 `Task.WhenAll` 而不是多次 `await` 调用

如果你有多个异步操作，避免顺序等待它们：

await Task1();
await Task2();
await Task3();

相反，使用 Task.WhenAll() 并行运行它们：

await Task.WhenAll(Task1(), Task2(), Task3());

这通过并发运行任务显著减少了执行时间。

18. 使用 `sealed` 关键字提升性能

默认情况下，C# 类可以被继承，这会由于虚方法分派而增加额外的性能开销。

如果一个类不打算被继承，请将其标记为 sealed：

public sealed class MyClass
{
    public void DoWork() { /* 快速执行 */ }
}

这允许 JIT 编译器优化方法调用，提高性能。

19. 使用 `Stopwatch` 而不是 `DateTime` 进行性能测量

在测量执行时间时，开发者通常使用 DateTime：

var start = DateTime.Now;
// 某些操作
var elapsed = DateTime.Now - start;

这是不准确的，因为 DateTime.Now 受系统时钟变化的影响。相反，使用 Stopwatch：

var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
// 某些操作
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine($"Elapsed time: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} ms");

Stopwatch 使用高分辨率计时器，使其更加准确。

20. 使用插值字符串处理器实现高效的字符串格式化

使用 $"{var1} {var2}" 进行日志记录很常见，但它会分配不必要的字符串。

在 .NET 6+ 中，使用插值字符串处理器来避免分配：

public void Log(LogLevel level, [InterpolatedStringHandler] ref LogInterpolatedStringHandler message)
{
    Console.WriteLine(message);
}

这允许零分配日志记录，提高了高负载应用程序的性能。

21. 使用 `Parallel.ForEachAsync` 实现真正的异步并行

开发者通常使用 Parallel.ForEach，但它不支持 async/await。相反，使用 Parallel.ForEachAsync：

await Parallel.ForEachAsync(myCollection, async (item, token) =>
{
    await ProcessItemAsync(item);
});

这允许真正的并行异步执行，在处理 I/O 密集型操作时提高了性能。

22. 使用 `Dictionary.TryAdd` 避免异常开销

在向字典添加元素时，开发者通常会先检查键是否存在：

if (!dict.ContainsKey(key))
{
    dict.Add(key, value);
}

更好的方法是使用 TryAdd()，它避免了双重查找开销：

dict.TryAdd(key, value);

这既更快又更高效。

23. 使用 `ValueTask<T>` 减少高性能代码中的分配

Task<T> 很好，但它总是分配内存。如果一个方法经常返回已完成的任务，请使用 ValueTask<T>：

public ValueTask<int> GetCachedDataAsync()
{
    return new ValueTask<int>(42); // 无堆分配
}

ValueTask<T> 在结果已经可用时避免了不必要的内存分配，提高了性能。

24. 使用 `ConfigureAwait(false)` 避免异步代码中的死锁

在编写库中的异步代码时，始终使用 ConfigureAwait(false) 以防止 UI 死锁：

await Task.Delay(1000).ConfigureAwait(false);

这告诉运行时不要捕获原始的同步上下文，提高了性能并避免了桌面和 Web 应用程序中的死锁。

25. 使用 `BlockingCollection<T>` 实现生产者-消费者场景

如果多个线程需要并行处理数据，使用普通队列会导致竞争条件：

Queue<int> queue = new();
queue.Enqueue(10); // 无线程安全

相反，使用 BlockingCollection<T> 实现线程安全的生产者-消费者模式：

var queue = new BlockingCollection<int>();
queue.Add(10);
int item = queue.Take();

这确保了安全的并发访问，提高了多线程性能。

最后总结

结构体不仅仅是为了性能——它们可以防止整类 Bug。
异步执行上下文与 async 和 await 同样重要。
避免 null 不仅仅是使用 Nullable<T>——它还关乎返回有意义的默认值。
Span<T> 和 Memory<T> 不仅仅是为了性能——它们使内存管理更安全、更容易。
readonly struct 提高了不可变性。
CallerMemberName 简化了日志记录。
Lazy<T> 优化了缓存。
键控服务简化了依赖注入。
Span<T> 避免了不必要的分配。
CancellationToken 防止了应用程序无响应。
TryParse() 消除了不必要的异常。
record struct 是高性能 DTO 的理想选择。
string.Create() 优化了字符串构建。
nameof() 使代码更易于维护。
ConditionalWeakTable 防止了内存泄漏。
Task.WhenAll 减少了执行时间。
sealed 提升了性能。
Stopwatch 提高了计时准确性。
插值字符串处理器优化了日志记录。
Parallel.ForEachAsync 实现了真正的异步并行。
TryAdd() 避免了不必要的字典查找。
ValueTask<T> 减少了内存分配。
ConfigureAwait(false) 防止了死锁。
BlockingCollection<T> 提高了多线程性能。

从今天开始将这些技术应用到你的 C# 项目中，立即看到改进！🚀