Для большинства приложений снижение производительности, связанное с работой JIT-компилятора, незначительно. Большинство приложений раз за разом обращается к одним и тем же методам. На производительности это скажется только раз. К тому же, скорее всего больше времени занимает выполнение самого метода, а не обращение к нему.
Полезно также знать, что JIT-компилятор CLR оптимизирует машинный код аналогично компилятору неуправляемого кода C++. Создание оптимизированного кода занимает больше времени, но производительность его будет гораздо выше, чем неоптимизированного.
Многие авторитетные авторы считают, что управляемые приложения могут работать производительнее неуправляемых, и тому есть масса причин. Взять хотя бы тот факт, что превращая IL-код в команды процессора в период выполнения, JIT-компилятор располагает более полными сведениями о среде выполнения, чем компилятор неуправляемого кода. Ниже перечислены особенности, которые позволяют управляемому коду работать производительнее неуправляемого:
- JIT-компилятор может обнаружить факт выполнения приложения на Pentium 4 и сгенерировать машинный код, полностью использующий все преимущества особых команд этого процессора. Неуправляемые приложения обычно компилируют в расчете на среднестатистический процессор, избегая специфических команд, которые заметно повышают производительность приложения на новейших процессорах.
- JIT-компилятор может обнаружить, что определенное выражение на конкретной машине всегда равно false. Например, посмотрим на метод с таким кодом:
if (numberOfCPUs> 1)
{
…
}
Здесь number OfCPUs - число процессоров. Код указывает JIT-компилятору, что для машины с одним процессором не нужно генерировать никаких машинных команд. В этом случае машинный код оптимизирован для конкретной машины: он короче и выполняется быстрее.
- CLR может проанализировать выполнение кода и перекомпилировать IL-код в команды процессора во время выполнения приложения. Перекомпилированный код может реорганизовываться с учетом обнаруженных некорректных прогнозов ветвления.
Это лишь малая часть аргументов в пользу того, что управляемый код будущего будет исполняться лучше сегодняшнего неуправляемого. Производительность и сейчас очень неплохая для большинства приложений, а со временем ситуация только улучшится[1].
IL ориентирован на работу со стеком, то есть все его команды помещают операнды в стек исполнения и извлекают результаты из стека. Поскольку в IL нет команд работы с регистрами, это упрощает работу разработчикам компиляторов для CLR: не нужно думать об управлении регистрами, да и команд в IL меньше (за счет отсутствия тех же команд работы с регистрами).
Команды IL не связаны и с типами. Например, IL-команда add складывает два последних операнда, помещенных в стек; нет отдельных 32- и 64-разрядной версий команды. При выполнении add определяет типы операндов в стеке и делает, что требуется.
Главное достоинство IL не в том, что он позволяет абстрагироваться от конкретного типа процессора, а в надежности и безопасности приложений. При компиляции IL в машинный код CLR выполняет верификацию, в процессе которой проверяется, все ли «безопасно» делает высокоуровневый IL-код: например, нужное ли число параметров передается методу и корректны ли их типы, правильно ли используются возвращаемые методами значения, имеют ли все методы операторы возврата и т.д. Все необходимые для верификации сведения о методах и типах есть в метаданных управляемого модуля.
В Windows у каждого процесса собственное виртуальное адресное пространство. Отдельные адресные пространства нужны потому, что нельзя полностью доверять коду приложения. Весьма вероятно, что приложение будет считывать или записывать данные по недопустимому адресу. Размещение каждого процесса Windows в отдельное адресное пространство позволяет добиться надежности: процесс не может нарушить работу других.
Между тем, верифицировав управляемый код, можно быть уверенным, что он не обратится некорректно к памяти и не повлияет на код другого приложения. Это значит, что можно выполнять несколько управляемых приложений в едином виртуальном адресном пространстве Windows.
Поскольку процессы в Windows требуют массу ресурсов ОС, наличие множества процессов отрицательно сказывается на производительности и ограничивает доступные ресурсы. Уменьшение количества процессов за счет запуска нескольких приложений в одном процессе ОС увеличивает производительность и снижает потребности в ресурсах, но никак не в ущерб надежности. Это еще одно преимущество управляемого кода перед неуправляемым.
CLR предоставляет возможность выполнения множества управляемых приложений в одном процессе ОС. Каждое управляемое приложение связано с доменом приложения (AppDomain). По умолчанию каждый управляемый ЕХЕ-модуль работает в собственном, отдельном адресном пространстве, где есть только один домен приложения. Однако процесс, являющийся хостом CLR (например, InternetInformationServices (IIS) или Microsoft SQL Server 2005), может выполнять домены приложений в одном процессе ОС[1].
В .NET Framework включены сборки библиотеки классов .NET FrameworkClassLibrary (FCL), содержащие определения нескольких тысяч типов, каждый из которых предоставляет некоторую функциональность. В Microsoft работают над дополнительными библиотеками WinFx и DirectX SDK, которые предоставляют еще больше типов и функциональности. Благодаря библиотеке классов разработчики могут создавать многие виды приложений, в том числе перечисленные далее:
- Web-сервисы – методы, которые позволяют легко обрабатывать сообщения на основе XML, пересылаемые через Интернет.
- WebForms – приложения, основанные на HTML (Web-сайты). Обычно приложения WebForms выполняют запросы к базам данных и вызовы Web-сервисов, объединяют и фильтруют полученные данные, а затем выводят их в браузере, предоставляя развитый пользовательский интерфейс, основанный на HTML.
- WindowsForms–Windows-приложения с богатым графическим пользовательским интерфейсом. Вместо создания пользовательского интерфейса на базе страниц WebForms можно задействовать мощь настольных приложений Windows. В приложениях WindowsForms можно использовать преимущества поддержки элементов управления, меню, событий мыши и клавиатуры и взаимодействия напрямую с ОС. Как и приложения WebForms, приложения WindowsForms выполняют запросы баз данных и вызовы Web-сервисов.
- Консольные приложения Windows – для задач, не требующих богатого пользовательского интерфейса, это оптимальное решение. Многие компиляторы, утилиты и инструменты обычно реализованы как консольные приложения.
- Службы Windows– .NET Framework позволяет строить приложения-службы, которыми управляет диспетчер Windows Service Control Manager (SCM).
- Библиотеки компонентов – NETFramework позволяет создавать автономные компоненты (типы), которые легко использовать со всеми перечисленными выше видами приложений.
Поскольку FCL насчитывает тысячи типов, наборы родственных типов скомпонованы в отдельные пространства имен. Так, пространство имен System содержит базовый класс Object, который, в конечном счете, порождает все остальные типы. Кроме того, пространство имен System содержит типы для целых чисел, символов, строк, обработки исключений, консольного ввода/вывода, а также группу полезных типов для безопасного преобразования типов, форматирования данных, генерирования случайных чисел и выполнения различных математических операций. Типами из пространства имен System пользуются все приложения.
Чтобы задействовать ту или иную функцию платформы, нужно знать пространство имен, содержащее тип, реализующий нужную функциональность. Чтобы изменить поведение FCL-типа, обычно просто создают производный тип.
Объектно-ориентированная природа NET Framework обеспечивает мощную основу для разработки. Разработчикам не возбраняется создавать собственные пространства имен, содержащие собственные типы. Эти пространства имен и типы четко соответствуют принципам программирования, предлагаемым платформой. В сравнении с Win32-программированием такой новый подход заметно упрощает разработку ПО.
Большинство пространств имен FCL предоставляет типы, которые можно задействовать в любых видах приложений [1].
4. Новые возможности платформы .NETFramework 4.0
В 2010 году компанией Microsoft была выпущена платформа NET Framework 4.0. Эта платформа содержит ряд усовершенствований и нововведений. Список некоторых из них представлен ниже:
- Среда DLR. Среда DLR представляет собой новую среду выполнения, которая расширяет среду CLR дополнительным набором служб для динамических языков. Среда DLR упрощает разработку динамических языков, используемых в NETF ramework и добавляет динамические функции в языки со статической типизацией. Для поддержки среды DLR в платформу NETF ramework добавлено новое пространство имен System.Dynamic.
- Сборка мусора. Платформа NETF ramework 4 обеспечивает фоновый сбор мусора. Эта функция заменяет параллельный сбор мусора в предыдущих версиях и обеспечивает повышенную производительность.
- Managed Extensibility Framework. Платформа Managed Extensibility Framework (MEF) – это новая библиотека в NETF ramework 4, полезная при создании расширяемых и комбинируемых приложений. MEF позволяет указывать точки, где приложение может быть расширено, предоставлять доступ к службам другим расширяемым приложениям и создавать части, предназначенные для использования расширяемыми приложениями. Она также позволяет легко обнаруживать доступные части на основе метаданных без необходимости загрузки сборок с этими частями.
- Возможности программирования для Office. Благодаря добавлению именованных и дополнительных аргументов, типа dynamic, индексированных свойств и дополнительных модификаторов ref удалось значительно улучшить доступ к COM-интерфейсам, в том числе к API-интерфейсам автоматизации Office.