.NET8极致性能优化AOT

前言

.NET8对于性能的优化是方方面面的，所以AOT预编译机器码也是不例外的。本篇来看下对于AOT的优化。

概述

首先要明确一个概念，.NET里面的AOT它是原生的。什么意思呢？也就是说通过ILC编译器(AOT编译器，参考:.Net 7 新编译器 ILC 简析)编译出来的代码是各个平台上可以直接运行的二进制代码。比如MacOS的二进制，Linux二进制等等。所以称之为原生。

C#源码被ILC编译之后，生成了一个完全原生态代码的可执行文件。在执行的时候不需要JIT来编译任何东西，因为JIT已经在ILC里面被充分利用过了。实际上AOT里面也没有包含JIT。那么它如何优化呢？只能是在ILC里面调用JIT的时候了。所以它这个优化依然依靠JIT。.NET8里面优化AOT的一个典型的例子，就是ASP.NET应用程序在使用AOT的时候表现不错，同时也降低了总成本。

在.NET8里面优化AOT的一个重要的目标就是减少AOT可执行文件的大小，关于这点的效果。我们现在就可以看到

下面创建一个控制台应用程序

dotnet new console -o nativeaotexample -f net7.0

由于上面是通过.NET7.0创建的，我们把这个控制台的csproj更改下

net7.0
改为
net7.0;net8.0

可以轻松的构建.NET7.0或者.NET8.0的程序

继续

把...项中添加如下
true编译成AOT文件

下面我们就可以通过dotnet publish发布它了，linux如下：

dotnet publish -f net7.0 -r linux-x64 -c Release

现在它生成了一个.NET7.0版本的独立可执行文件，可通过ls/dir 输出目录以查看生成的二进制大小

12820K /home/stoub/nativeaotexample/bin/Release/net7.0/linux-x64/publish/nativeaotexample

这个大约是13M左右，我们再来看下.NET8.0

dotnet publish -f net8.0 -r linux-x64 -c Release

生成的可执行文件大小如下:

1536K/home/stoub/nativeaotexample/bin/Release/net8.0/linux-x64/publish/nativeaotexample

1.5M的大小，这个优化的力度不可不大啊。整整优化了将近10倍的体积。这就是.NET8.0的优化魔力。

但是优化的情况远不止如此，比如说我们可以配置csproj使AOT的体积更小

csproj添加如下size表示要生成的AOT大小
Size

如果我们不需要全球化代码和数据，需要特定的代码和数据，并且使用不变模式，可以csproj添加如下选项

true

如果你不想在AOT异常的时候抛出堆栈，那么你也可以在csproj里面添加如下

false

重新通过dotnet publish net8.0发布了之后，它的体积还可以继续减小

1248K /home/stoub/nativeaotexample/bin/Release/net8.0/linux-x64/publish/nativeaotexample

再次缩小了0.3M大小。

然而，你以为到此优化就为止了吗?并没有，.NET8不仅对AOT编译器内部进行了改进，而且还对单个库也进行了性能优化和改进。比如HttpClient。

当然除了体积的优化之外，还有其它的优化，比如避免了在读取静态字段时的辅助调用，再比如BenchmarkDotNet 也是支持AOT化的，也就是性能测试上面的支持。我们可以只使用 --runtimes nativeaot7.0 nativeaot8.0，而不使用 --runtimes net7.0 net8.0，如下代码

// dotnet run -c Release -f net7.0 --filter "*" --runtimes nativeaot7.0 nativeaot8.0


using BenchmarkDotNet.Attributes;
using BenchmarkDotNet.Running;


BenchmarkSwitcher.FromAssembly(typeof(Tests).Assembly).Run(args);


[HideColumns("Error", "StdDev", "Median", "RatioSD")]
public class Tests
{
    private static readonly int s_configValue = 42;


    [Benchmark]
    public int GetConfigValue() => s_configValue;
}

上面代码可以通过如下AOT化运行

dotnet run -c Release -f net7.0 --filter "*" --runtimes nativeaot7.0 nativeaot8.0

BenchmarkDotNet 输出如下

Method	Runtime	Mean	Ratio
GetConfigValue	NativeAOT 7.0	1.1759 ns	1.000
GetConfigValue	NativeAOT 8.0	0.0000 ns	0.000

可以看到即使是性能测试的Benchmark，AOT优化也是不放过的。

另外还值得一提的地方就是分层，因为AOT里面没有分层的概念。但是即时编译也就是不是AOT编译的时候，一个方法从tier0提升到tier1,方法里面的静态字段必须被初始化过了。AOT里面添加了一个快速路径检查字段是否初始化，避免一些不必要的开销。

其它的一些改进，比如AOT锁的实现方式。使用了一种混合方式，开始使用轻量级自旋锁，后面升级到使用 System.Threading.Lock 类型，这个应该会在.NET9.0里面释放出来。

审核编辑：汤梓红