如何阅读本书

本书的目标读者是具有一定.NET开发经验、希望深入理解性能优化原理的软件工程师。阅读本书需要读者具备C#语言的基础知识,熟悉.NET平台的基本概念,并有一定的实际项目开发经验。对于完全没有.NET开发经验的读者,建议先通过其他入门书籍建立基础知识,再来阅读本书。

本书共分为六个篇章,包含二十五个章节和三个附录,按照由浅入深、从理论到实践的逻辑组织。第一篇“核心理念“包含第1章至第3章,奠定性能优化的理论基础:第1章“性能优化的世界观“建立科学的性能观念和方法论框架,探讨延迟、吞吐量、资源消耗等核心概念,以及何时优化、优化什么的决策原则;第2章“精通性能度量与分析“系统介绍BenchmarkDotNet、Visual Studio Profiler、PerfView等性能分析工具的使用方法;第3章“硬件的契约“深入讲解现代CPU流水线、分支预测、缓存层次结构等硬件机制对程序性能的影响。

第二篇“语言精要“包含第4章至第7章,聚焦C#语言特性中与性能相关的细节。第4章“类型系统:值类型vs引用类型“深入剖析栈与堆的分配机制、struct的正确使用、装箱拆箱的性能代价等核心话题;第5章“字符串与文本处理“探讨字符串的不可变性、StringBuilder的内部机制、高性能文本解析等实用技术;第6章“集合与数据结构“分析各种集合类型的性能特征、LINQ的性能陷阱、以及特殊场景下的集合选择策略;第7章“委托、Lambda与反射“揭示委托调用的本质、闭包捕获的代价、反射的性能影响及优化策略。

第三篇“内存管理“包含第8章至第12章,全面剖析.NET内存管理机制。第8章“.NET GC深度揭秘“详细讲解垃圾回收的核心算法、分代收集机制、大对象堆、GC模式选择等关键知识;第9章“识别与消除不必要的内存分配“介绍内存热点定位方法、对象池设计、ArrayPool使用等实用技术;第10章“Span“系统阐述现代.NET内存访问的革命性特性及其应用模式;第11章“IDisposable、终结器与资源管理“深入探讨资源释放模式、终结器的工作原理、内存泄漏诊断等重要话题;第12章“System.IO.Pipelines“介绍高性能IO处理的现代方案。

第四篇“微观代码优化“包含第13章至第17章,深入CPU执行的微观世界。第13章“JIT编译器的工作内幕“揭示从IL到机器码的编译过程、方法内联决策、循环优化、分层编译与动态PGO等核心机制;第14章“unsafe代码与指针“讲解指针操作、fixed语句、stackalloc、函数指针等高级技术;第15章“SIMD:单指令多数据并行“介绍向量化编程、硬件内建函数、自动向量化等并行计算技术;第16章“位运算的魔力“探讨位操作技巧及其在高效算法中的应用;第17章“结构体布局与数据对齐“讲解内存布局控制、缓存行填充、面向数据的设计等底层优化技术。

第五篇“并发与异步编程“包含第18章至第21章,系统讲解多核时代的并发编程。第18章“多线程与同步原语“比较Thread、ThreadPool、Task的使用场景,介绍各种锁机制和无锁编程基础;第19章“async/await深度解析“剖析异步状态机原理、SynchronizationContext机制、ValueTask优化等核心话题;第20章“并行编程与TPL“介绍Parallel类、PLINQ、Task组合、TPL Dataflow等并行编程技术;第21章“高级并发模式与无锁数据结构“探讨内存模型、无锁队列实现、伪共享问题等高级话题。

第六篇“框架、生态与未来“包含第22章至第25章,将性能优化知识应用于实际框架和工具。第22章“ASP.NET Core高性能实践“介绍Kestrel优化、中间件性能、响应缓存、gRPC等Web开发相关话题;第23章“Entity Framework Core性能攻略“探讨查询优化、批量操作、编译查询等数据访问性能技术;第24章“AOT时代:Source Generators与Native AOT“介绍编译时代码生成、Native AOT部署、应用裁剪等现代.NET技术;第25章“总结与展望“回顾全书内容并展望.NET性能优化的未来方向。此外,本书还包含三个附录:附录A汇总常用基准测试模式,附录B介绍.NET CLI性能相关命令,附录C提供术语表供读者查阅。

根据读者的背景和目标不同,本书提供了多种阅读路径。对于希望系统性学习性能优化的读者,建议按照章节顺序从头到尾阅读,本书的章节安排经过精心设计,后续章节往往会引用前面章节的概念和结论,顺序阅读能够获得最佳的学习效果。对于时间有限或有特定需求的读者,本书也可以作为参考手册使用,每一章都相对独立,聚焦于特定的技术主题,读者可以根据当前面临的具体问题直接翻阅相关章节,本书在每个章节中都标注了与其他章节的交叉引用,方便读者根据需要跳转到相关内容。

对于主要从事业务应用开发的读者,建议重点阅读第一篇全部章节以建立正确的性能观念,然后深入学习第二篇“语言精要“和第三篇“内存为王“的全部内容。这两篇涵盖了日常开发中最常遇到的性能问题,包括类型选择、字符串处理、集合使用、内存分配优化等实用主题,掌握这些内容足以应对大多数常见的性能挑战。第五篇中的第18章和第19章关于多线程和async/await的内容也是业务开发者应当掌握的重要知识。

对于从事基础设施开发、追求极致性能的读者,在完成前三篇的学习后,应当重点攻读第四篇“微观代码优化“的全部章节。这一篇深入探讨JIT编译器的优化机制、unsafe代码的正确使用、SIMD向量化编程、位运算技巧、结构体布局优化等高级主题,这些技术虽然使用场景相对有限,但在性能关键的场景中往往能够带来数量级的提升。第五篇中的第21章关于无锁数据结构的内容也是基础设施开发者应当深入理解的重要话题。

对于后端服务开发者,除了前三篇的基础内容外,应当特别关注第五篇“并发与异步编程“的全部章节,以及第六篇中的第22章“ASP.NET Core高性能实践“和第23章“Entity Framework Core性能攻略“。这些章节直接针对后端服务的典型性能问题,提供了系统性的优化指导。

对于架构师和技术负责人,建议重点关注第1章“性能优化的世界观“和第25章“总结与展望“,这两章建立了性能优化的方法论框架,有助于在团队中推广正确的性能文化。此外,第2章关于性能度量工具的内容对于建立团队的性能基准和监控体系也具有重要参考价值。

无论采用哪种阅读方式,笔者都强烈建议读者亲自运行书中的代码示例。性能优化是一门实践性很强的学科,仅仅阅读文字描述往往难以建立直观的理解。通过亲手运行基准测试、观察性能数据、尝试不同的优化方案,读者能够获得远比单纯阅读更深刻的理解。本书的所有代码示例都可以在配套的GitHub仓库中找到,读者可以直接克隆运行。每章末尾的“思考题“和“实践练习“是本书的重要组成部分,思考题旨在引导读者深入思考章节内容的延伸和应用,培养举一反三的能力,实践练习则提供了将所学知识应用于实际场景的机会,建议读者认真对待这些内容,它们往往能够帮助读者发现自己理解上的盲点。

关于本书使用的技术版本,书中的代码示例主要基于C# 12和.NET 8编写。然而,本书讨论的大多数原理和技术在较早的.NET版本中同样适用,只是具体的API和语法可能有所不同。对于仍在使用.NET Framework或较早.NET Core版本的读者,书中的核心概念仍然具有参考价值,但在应用具体技术时需要注意版本差异。