.Net Discovery系列之十一-深入理解平台机制与性能影响 (中)
上一篇文章中Aicken为大家介绍了.Net平台的垃圾回收机制与其对性能的影响，这一篇中将继续为大家介绍.Net平台的另一批黑马—JIT。
有关JIT的机制分析
● 机制分析
以C#为例，在C#代码运行前，一般会经过两次编译，第一阶段是C#代码向MSIL的编译，第二阶段是IL向本地代码的编译。第一阶段的编译成果是生成托管模块，第二阶段的编译成果是生成本地代码以供运行，从这里各位同学可以看出，第一阶段生成的MSIL是不能直接运行的。必须指出的是JIT在第一次编译IL后，会修改对应方法相应的内存地址入口，下一次需要执行这个方法时，CLR会直接访问对应的内存地址，而不会经过JIT了。
以Load()方法为例，假如Load()方法中调用了两次同类型中的方法：
Void Load()
{
A.a1("First");
A.a1("Second");
}
static class A
{
Public void a1(string str){}
Public void a2(string str){}
Public void a3(string str){}
}
运行时，操作系统会根据托管模块中各种头信息，装载相应的运行时框架，Load()被加载，由于是第一次加载，这会触发对Load()的即时编译，JIT会检测Load()中引用的所有类型，并结合元数据遍历这些类型中定义的所有方法实现，并用一个特殊的HashTable(仅用于理解)储存这些类型方法与其对应的入口地址(在未被JIT前，这个入口地址为一个预编译代理(PreJitStub)，这个代理负责触发JIT编译)，根据这些地址，就可以找到对应的方法实现。
在初始化时，HashTable中各个方法指向的并不是对应的内存入口地址，而是一个JIT预编译代理，这个函数负责将方法编译为本地代码。注意，这里JIT还没有进行编译，只是建立了方法表！
图2中所示的MS核心引擎指的是一个叫做MSCorEE的DLL，即Microsoft .NET Runtime Execution Engine，它是一个桥接DLL，连同mscorwks.dll主要完成以下工作：
1.查找程序集中包含的对应类型清单，并调用元数据遍历出包含的方法。
2.结合元数据获得这个方法的IL。
3.分配内存。
4.编译IL本地代码，并保存在第3步所分配的内存中。
5.将类型表(就是指上文中提到的HashTable)中方法地址修改为第3步所分配的内存地址。
6.跳转至本地代码中执行。
所以随着程序的运行时间增加，越来越多的方法的IL被编译为本地代码，JIT的调用次数也会不断减少。
下面借助WinDbg来证实以上的说法，加载WinDbg的过程略。以下测试源代码可以从这里下载https://files.cnblogs.com/isline/IsLine.JITTester.rar
namespace JITTester
{
public partial class Form1 : Form
{
public Form1()
{
InitializeComponent();
}
private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
{
}
private void GO_Click(object sender, EventArgs e)
{
new A().a1();
lb_msg.Text = "调用完毕!";
}
}
class A
{
public void a1() { }
public C a2 = new C();
}
class B
{
public void b1() { }
public void b2() { }
}
class C
{
public void c1() { }
public void c2() { }
}
}
使用name2ee命令遍历所有已加载模块，如下图：
回车后注意高亮区域的信息：
高亮区域显示的是“
同样，!name2ee *!JITTester.B和!name2ee *!JITTester.C命令会得到同样的结果。
好，现在继续，Detach Debuggee进程，并回到程序中点击“GO”按钮
然后重新附加进程，这时程序已经调用了new A().a1()方法，并重新执行令!name2ee *!JITTester.A ，注意高亮部分
和图4中的信息比较，图6中的方法表地址已经变为JIT后的内存地址，这时图2中的Stub槽将被一条强制跳转语句替换，跳转目标与该地址有关。这一点说明JIT在大多情况下，只编译一次代码。
同样命令查看B类型：
该类型未被调用，所以还未被JIT。
C类型：
由于实例化A类型时和C类型相关，所以C类型已经JIT了。
这就是一个类型被JIT的全部过程。
● 性能影响分析
通过以上的分析，大家已经能够了解，即时编译这个过程是在运行时发生的，这会不会对性能产生影响呢？事实上答案是虽然是肯定的，但这种开销物有所值，并且如上所说的，JIT在第一次编译IL后，会修改对应方法相应的内存地址入口(绕口啊~~)，下一次需要执行这个方法时，CLR会直接访问对应的内存地址，而不会经过JIT了。
1.JIT所造成的性能开销并不显著。
2.JIT遵循计算机体系理论中两个经典理论：局部性原理与8020原则。局部性原理指出，程序总是趋向于使用最近使用过的数据和指令，这包括空间的和时间的，将局部性原理引申可以得出，程序总是趋向于使用最近使用过的数据和指令，以及这些正在使用的数据和指令临近的数据和指令(凭印象写的，但不曲解原意)；而8020原则指出，系统大多数时间总是花费80%的时间去执行那20%的代码。
根据这两个原则，JIT在运行时会实时的向前、后优化代码，这样的工作只有在运行时才可以做到。
3.JIT只编译需要的那一段代码，而不是全部，这样节约了不必要的内存开销。
4.JIT会根据运行时环境，即时的优化IL代码，即同样的IL代码运行在不同CPU上，JIT编译出的本地代码是不同的，这些不同代码面向自己的CPU做出了优化。
5.JIT会对代码的运行情况进行检测，并对那些特殊的代码经行重新编译，在运行过程中不断优化。
此外你可以利用NGen.exe创建托管程序集的本机映像，运行该程序集时，就会自动使用该本机映像而不是JIT它们。这听起来似乎很美妙，但是你必须做好以下准备：
1.当FrameWork版本、CPU类型、操作系统版本发生变化时，.Net会恢复JIT机制。
2.NGen.exe工具并不能避免发布IL，事实上，即使使用NGen.exe工具，CLR依然会使用到元数据和IL。
3.忽略了局部性原理(上一节中提到的)，系统会加载整个映像文件到内存中，并很可能重定位文件，修正内存地址引用。
4.NGen.exe生成的代码无法在运行时进行优化，无法直接访问静态资源，也无法在应用程序域之间共享程序集。
所以，除非你已十分清楚程序性能是由于首次编译造成的性能问题，否则尽量不要人工生成本地代码。
JIT很优秀，它不但有编译的本事，还会根据内存资源情况换出使用率低的代码，节省资源，这对于一些基于.Net平台的电子产品是很重要的。基于B/S模式运行的系统，如果使用率较高，可以基本忽略JIT带来的性能损失，因为根据局部性原理与8020原则，常用的模块都是编译完毕的，只有那些不常用的模块，在第一次使用时会被编译，并损失用一些时间。
未完
下一篇中，Aicken将会为大家介绍.Net Exception机制、字符串驻留机制以及其带来的性能问题，敬请期待。
我是Aicken(李鸣) 请您继续关注我的下一篇文章。
“.Net Discovery 系列”是讲解.Net平台本质的文章，现在已经有：
.Net Discovery 系列之七--深入理解.Net垃圾收集机制(拾贝篇) 发布在新年第一秒
.Net Discovery 系列之五--Me JIT(深入浅出.Net JIT 上)
.Net Discovery 系列之六--Me JIT(深入浅出.Net JIT 下)
.Net Discovery 系列之三--深入理解.Net垃圾收集机制(上)
.Net Discovery 系列之四--深入理解.Net垃圾收集机制(下)
李鸣(aicken)原创 转载注明
