一次性能提升300%的优化实践

  性能优化一般都是从性能瓶颈开始。项目中有这样一个控件，它包含很多个Item，每个Item字体可能相同，也可能不同。且该控件经常在同一个Form上大量使用。正是这个控件在使用GDI画每个Item的文字时，出现了性能瓶颈。

IntPtr handle = font.ToHfont(); //性能瓶颈

//…

SafeNativeMethods.DeleteObject(handle);

  由于该控件在使用GDI画字时，通过调用Font.ToHfont()方法获得Font的Handle。而这个方法非常慢。并且控件在画每个Item时都被调用这个方法，Form中又有很多个这样的控件，因此调用次数相当可观。这就造成了这个性能瓶颈。
 

  由于操作系统是不允许GDI 的Handle个数大于9999的。如果大于9999个的话，程序就会崩掉。因此，我们绝对不能使程序中GDI的Handle个数与某些因素有线性增长关系。所有，一般都是在使用GDI画字时创建Handle，用完之后就删除掉。这样也可以防止GDI泄露。

  考虑到很多时候，Font都是相同的，如果能将Font创建的Handle缓存起来，性能就会有很大的提升。但是，缓存的Handle不及时删除的话，如果Font不相同的太多，就有机会达到操作系统允许的最大个数，从而使程序崩溃。

以下是我的解决方案：
1，使用SafeFontHandle类来防止GDI泄露。SafeFontHandle派生自SafeHandleZeroOrMinusOneIsInvalid，而SafeHandleZeroOrMinusOneIsInvalid又派生自CriticalFinalizerObject。GC会对CriticalFinalizerObject做特别处理，保证所有关键终止代码都有机会执行。

#region The SafeFontHandle class

    internal sealed class SafeFontHandle : SafeHandleZeroOrMinusOneIsInvalid
    {
        private SafeFontHandle()
            : base(true)
        {
        }

        public SafeFontHandle(IntPtr preexistingHandle, bool ownsHandle)
            : base(ownsHandle)
        {
            base.SetHandle(preexistingHandle);
        }

        protected override bool ReleaseHandle()
        {
            return SafeNativeMethods.DeleteNativeFontHandle(base.handle);
        }
    }

    #endregion

2，使用HandleCollector类防止Font的Handle超过操作系统最大限制。HandleCollector会跟踪Font的Handle，并在其达到指定阀值时强制执行垃圾回收。垃圾回收后，SafeFontHandle会释放Font的handle。

    [SuppressUnmanagedCodeSecurity]
    internal static class SafeNativeMethods
    {
        private static HandleCollector FontHandleCollector = new HandleCollector("GdiFontHandle", 500, 1000);

        internal static IntPtr CreateNativeFontHandle(Font font)
        {
            IntPtr handle = font.ToHfont();
            if (handle != IntPtr.Zero)
            {
                FontHandleCollector.Add();
            }
            return handle;
        }

        internal static bool DeleteNativeFontHandle(IntPtr handle)
        {
            bool success = DeleteObject(handle);
            if (success)
            {
                FontHandleCollector.Remove();
            }
            return success;
        }

        [System.Runtime.InteropServices.DllImportAttribute("gdi32.dll")]
        internal static extern bool DeleteObject(System.IntPtr gdiObject);
    }

3，使用弱引用缓存类WeakReferenceCachePool<TKey, TItem>来缓存SafeFontHandle，这样可以不影响SafeFontHandle被GC正常垃圾回收，从而释放Font的Handle。关于弱引用缓存类WeakReferenceCachePool<TKey, TItem>，可以参考《一个弱引用缓存类》这篇文章。

    internal static class SafeFontHandleFactory
    {
        #region Instance Data

        private static WeakReferenceCachePool<Font, SafeFontHandle> _cachePool = new WeakReferenceCachePool<Font, SafeFontHandle>();

        #endregion

        #region Methods

        public static SafeFontHandle CreateSafeFontHandle(Font font)
        {
            if (font == null)
            {
                throw new ArgumentNullException();
            }

            SafeFontHandle safeFontHandle = _cachePool[font];
            if (safeFontHandle == null)
            {
                IntPtr nativeHandle = SafeNativeMethods.CreateNativeFontHandle(font);
                safeFontHandle = new SafeFontHandle(nativeHandle, true);
                _cachePool[font] = safeFontHandle;
            }
            return safeFontHandle;
        }

        #endregion
    }

这样就成功的缓存了GDI的Handle，而且在使用完成后，GDI的Handle不会线性增长，只要有GC回收发生，GDI的Handle都会清零，或者总个数达到HandleCollector指定的阀值时，也会清零。利用GC垃圾回收机制，在性能和内存占用之间自动平衡。

这里是测试代码，性能测试如下：

不使用弱引用缓存
        Time Elapsed:   350ms
        CPU Cycles:     952,061,115
        Gen 0:          1
        Gen 1:          0
        Gen 2:          0
        GDI increment:  0

使用弱引用缓存
        Time Elapsed:   42ms
        CPU Cycles:     142,020,499
        Gen 0:          0
        Gen 1:          0
        Gen 2:          0
        GDI increment:  0

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