重新学.Net[四]——效率和安全
用.Net就不得不考虑效率问题（这点和Java一样），到底有没有这种性能问题？性能问题有多大？而微软一直声称托管程序是安全的，这种安全性到底是指的什么东西？达到这种安全到底付出了什么东西？我一直对这些问题很迷惑，最近看了一些书后有一些理解，仅仅是理解，欢迎大家来讨论。
要比效率，通常都是与C++相比。毫无疑问，除了极少的情况下，托管的程序与传统C++程序相比，效率有所降低，这种降低我个人觉得来源于以下几个方面：
1.就是从FCL的设计中看。FCL是完全面向对象设计的，它始终强到安全和异常处理。举个很简单的例子，C++的数组是一段连续的内存空间（栈或堆），而.Net（更严格说是CTS）中的数组是一个类（其实在定义上它是不同于类的一个引用型的东西，但其实不会有太多区别）。为了维护这个类的易操作性和更好的支持异常处理。在很多语言（以下就说C#）多做了很多其他工作。比如会默认初始化，在下标获取的时候会做越界的异常判断。这些都会耗费时间（C++中也有完全面向对象的库，这些库的情况也一样）。但是个人觉得，这部分效率，很多时候和使用场所，和编码者对所用语言的理解相关的。比如在需要为C++的数组初始化的场合要用赋值，效率还不如默认初始化。而在C#中，个人理解对效率也起到很重要的作用。比如为了满足非0初值的数组，有人会全部重新初始化，有人会取值然后加一个底数，根据场合不同，这两种方式的效率是不同的（考虑遍历和少数访问当情况）。再比如，在文件操作中有静态的File类和可实例化的FileInfo类。在反复对同一个文件进行copy的时候，我们应该选用FileInfo类，因为它只在实例化的时候进行异常检查，而静态的方法会每次操作都做这些检查。这样就降低了性能。总之，很多时候对类库的理解和正确使用会很大程度上影响的效率。C++不被好好的用也会写出很慢的程序。
2.JIT方式导致的性能损失。如果上面那部分有人的因素，那么这部分就几乎是天然的。JIT的性能损失可以从两个角度看，一个是第一次调用时会需要二次编译。这无疑会造成性能损失。但这种损失有时候是值得的，比如如果是一个新型的CPU，JIT可能更好利用其新的指令，编译出符合它特点的机器码，反而提升了性能（在框架程序一书中还列举了其他可能），这也就是有人说JIT方式理论上能超越C++程序性能的来源（至少不是不可能）。但总而言之，根据计算机程序的特点（通常会反复调用一些方法，80/20原理），JIT方式不会造成太大的性能损失。并且，如果你实在无法容忍，你可以NGEN提前编译成机器码再运行。但，很多时候是不推荐的。为什么不推荐这种方式呢？因为它会损失JIT的其它好处，就是安全性。JIT在编译中会做验证和安全性检查。所谓验证就是检查代码会不会跳出AppDomain的范围，避免了C++中一个不慎将指针指出界或者使用野指针造成的不可预知的错误。而安全性检查，指通过操作系统管理员的配置，可以控制JIT的权利。比如，不编译IO操作的代码，不允许其访问网络等等。与之相比，传统的程序一旦运行就无法控制（考虑一下，你运行了一个病毒exe，除了杀毒你还能干什么），而托管的程序，即使运行起来也可以控制（运行了又怎么样，不让你写我看你能干什么），从根源上堵住了恶意程序，这就是微软始终强调的安全性编码。只有应用JIT编译，才能实现（觉得很酷的方式，只要在操作系统中良好配置，就可以保证安全，很多防火墙软件以后估计要下岗了）。同样，这也需要损失一些性能，但是，如果你不需要，可以强行关闭（操作系统管理员的权利）。
3.最后是垃圾回收导致。因为垃圾回收会需要切换线程，打扰程序的运行。这部分性能我也不知道有多大的损失，总之微软说不大。
总之，托管的方式确实会造成一定的损失，但是这种损失在很多手段的运用下一步步减少。同时不要忘了，它提供了更安全的编码（比如在编码过程中，如果越界可以很快的发现，不会头痛不已）和运行方式。我觉得，在很多场合，也许这种性能的降低不会成为你用.Net编程的阻碍。
要比效率，通常都是与C++相比。毫无疑问，除了极少的情况下，托管的程序与传统C++程序相比，效率有所降低，这种降低我个人觉得来源于以下几个方面：
1.就是从FCL的设计中看。FCL是完全面向对象设计的，它始终强到安全和异常处理。举个很简单的例子，C++的数组是一段连续的内存空间（栈或堆），而.Net（更严格说是CTS）中的数组是一个类（其实在定义上它是不同于类的一个引用型的东西，但其实不会有太多区别）。为了维护这个类的易操作性和更好的支持异常处理。在很多语言（以下就说C#）多做了很多其他工作。比如会默认初始化，在下标获取的时候会做越界的异常判断。这些都会耗费时间（C++中也有完全面向对象的库，这些库的情况也一样）。但是个人觉得，这部分效率，很多时候和使用场所，和编码者对所用语言的理解相关的。比如在需要为C++的数组初始化的场合要用赋值，效率还不如默认初始化。而在C#中，个人理解对效率也起到很重要的作用。比如为了满足非0初值的数组，有人会全部重新初始化，有人会取值然后加一个底数，根据场合不同，这两种方式的效率是不同的（考虑遍历和少数访问当情况）。再比如，在文件操作中有静态的File类和可实例化的FileInfo类。在反复对同一个文件进行copy的时候，我们应该选用FileInfo类，因为它只在实例化的时候进行异常检查，而静态的方法会每次操作都做这些检查。这样就降低了性能。总之，很多时候对类库的理解和正确使用会很大程度上影响的效率。C++不被好好的用也会写出很慢的程序。
2.JIT方式导致的性能损失。如果上面那部分有人的因素，那么这部分就几乎是天然的。JIT的性能损失可以从两个角度看，一个是第一次调用时会需要二次编译。这无疑会造成性能损失。但这种损失有时候是值得的，比如如果是一个新型的CPU，JIT可能更好利用其新的指令，编译出符合它特点的机器码，反而提升了性能（在框架程序一书中还列举了其他可能），这也就是有人说JIT方式理论上能超越C++程序性能的来源（至少不是不可能）。但总而言之，根据计算机程序的特点（通常会反复调用一些方法，80/20原理），JIT方式不会造成太大的性能损失。并且，如果你实在无法容忍，你可以NGEN提前编译成机器码再运行。但，很多时候是不推荐的。为什么不推荐这种方式呢？因为它会损失JIT的其它好处，就是安全性。JIT在编译中会做验证和安全性检查。所谓验证就是检查代码会不会跳出AppDomain的范围，避免了C++中一个不慎将指针指出界或者使用野指针造成的不可预知的错误。而安全性检查，指通过操作系统管理员的配置，可以控制JIT的权利。比如，不编译IO操作的代码，不允许其访问网络等等。与之相比，传统的程序一旦运行就无法控制（考虑一下，你运行了一个病毒exe，除了杀毒你还能干什么），而托管的程序，即使运行起来也可以控制（运行了又怎么样，不让你写我看你能干什么），从根源上堵住了恶意程序，这就是微软始终强调的安全性编码。只有应用JIT编译，才能实现（觉得很酷的方式，只要在操作系统中良好配置，就可以保证安全，很多防火墙软件以后估计要下岗了）。同样，这也需要损失一些性能，但是，如果你不需要，可以强行关闭（操作系统管理员的权利）。
3.最后是垃圾回收导致。因为垃圾回收会需要切换线程，打扰程序的运行。这部分性能我也不知道有多大的损失，总之微软说不大。
总之，托管的方式确实会造成一定的损失，但是这种损失在很多手段的运用下一步步减少。同时不要忘了，它提供了更安全的编码（比如在编码过程中，如果越界可以很快的发现，不会头痛不已）和运行方式。我觉得，在很多场合，也许这种性能的降低不会成为你用.Net编程的阻碍。
