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前言

首先來看下，為什么性能會一直持續性優化。.NET8引入的SSE-XMM(16字節)Register和AVX-YMM(32字節)Register是關鍵，傳統的Register一般指令集層次能移動的最多只有8位，就算是最新的x64系統。但是SSE和AVX改變了這種局面，它們能一次性移動64位系統的一倍乃至四倍，這就是優化的關鍵。

之前的多篇文章展示了很多.NET8的性能優化，基本上都是核心級的CLR/JIT優化，包括了VM，Zeroing，CHRL，Exception，Non_GC，Branch，GC，Reflection，AOT，Enum，DateTime等等。但是漏掉了一個較為重要的東西：線程。本篇來看下.NET8里面的線程優化。

ThreadStatic

.NET在新的版本中，對線程，并發，并行，異步等方面做出了非常大的改進。比如ThreadPool完全重寫，異步方法基礎部分的完全重寫，ConcurrentQueue隊列的完全重寫等等。.NET8在這些的基礎上，進行了更為深思熟慮的和更為有影響力的改進。比如ThreadStatic。

.NET運行時里面運用本地數據和線程的關聯，就是本地線程存儲(TLS)。在托管代碼上實現這一點，最常用的方法就是用[ThreadStatic]屬性注解一個靜態字段(當然這里還有個用途更高級的ThreadLocal),這樣就會導致.NET運行時會把這個靜態字段的存儲復制到每個線程，而不是全局的進程上面。

例如以下ThreadStaitc屬性注解的用法

private static int s_onePerProcess;


[ThreadStatic]
private static int t_onePerThread;

在.NET8之前訪問被TheadStatic標記的字段，需要一個JIT的非內聯輔助方法CORINFO_HELP_GETSHARED_NONGCTHREADSTATIC_BASE_NOCTOR。它的原型實際上就是JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase。如下:

#include 
HCIMPL2(void*, JIT_GetSharedNonGCThreadStaticBase, DomainLocalModule *pDomainLocalModule, DWORD dwClassDomainID)
{
//為了便于觀看，此處省略
    return HCCALL1(JIT_GetNonGCThreadStaticBase_Helper, pMT);
}
HCIMPLEND

因為這個方法本身是有優化空間的，經過dotnet/runtime#82973 and dotnet/runtime#85619它的函數本體被內聯到了調用者當中了。省略了函數調用以及跳轉的成本。通過一個基準測試來看下這個效果。

// dotnet run -c Release -f net7.0 --filter "*" --runtimes net7.0 net8.0
//dotnetrun-cRelease-fnet7.0--filter"*"--runtimesnativeaot7.0nativeaot8.0
using BenchmarkDotNet.Attributes;
usingBenchmarkDotNet.Running;
BenchmarkSwitcher.FromAssembly(typeof(Tests).Assembly).Run(args);
[HideColumns("Error", "StdDev", "Median", "RatioSD")]
public partial class Tests
{
    [ThreadStatic]
    private static int t_value;


    [Benchmark]
    public int Increment() => ++t_value;
}

測試結果如下，提升明顯：

方法	運行時	平均值	比率
Increment	.NET 7.0	8.492 ns	1.00
Increment	.NET 8.0	1.453 ns	0.17

同樣的通過

dotnet/runtime#84566 和 dotnet/runtime#87148為.NET AOT做的一個優化，提升同樣明顯。

方法	運行時	平均值	比率
Increment	NativeAOT 7.0	2.305 ns	1.00
Increment	NativeAOT 8.0	1.325 ns	0.57

ThreadPool

TheadPool優化在于線程池方面，之前老版本的.NET基本上都是通過封裝Windows線程池，然后通過托管代碼調用。但是在.NET6里面開始.NET運行時實現了自己的托管線程池，也就是說新版的.NET包含了兩個線程池。分別為托管調用的windows線程池，以及托管代碼自己實現的托管線程池。現在，在.NET8里面可以自由切換這兩個線程池，你想使用哪個就用哪個，以提升程序的性能。

我們來看下，這個過程。首先新建一個.NET8.0控制臺應用程序，代碼如下

static void Main(string[] args)
{
    Task.Run(() => Console.WriteLine(Environment.StackTrace)).Wait();
Console.ReadLine();
}

并在 .csproj 中添加true。先運行下它，結果顯示如下：

at System.Environment.get_StackTrace()
at ThreadPool_.Program.<>c.b__0_0() in E:Visual Studio ProjectTest_ThreadPool_Program.cs:line 7
at System.Threading.ExecutionContext.RunFromThreadPoolDispatchLoop(Thread threadPoolThread, ExecutionContext executionContext, ContextCallback callback, Object state)
at System.Threading.Tasks.Task.ExecuteWithThreadLocal(Task& currentTaskSlot, Thread threadPoolThread)
at System.Threading.ThreadPoolWorkQueue.Dispatch()
at System.Threading.PortableThreadPool.WorkerThread.WorkerThreadStart()

PortableThreadPool這個就是.NET6以來新增的托管線程池操控的代碼。我們下面再來看下Windows線程池方面，把上面代碼進行AOT編譯

dotnet publish -c Release -r win-x64

我們運行下路徑inRelease et8.0win-x64publish里的exe文件，可以看到如下：

at System.Environment.get_StackTrace() + 0x21
at ThreadPool_.Program.<>c.b__0_0() + 0x9
at System.Threading.ExecutionContext.RunFromThreadPoolDispatchLoop(Thread, ExecutionContext, ContextCallback, Object) + 0x3d
at System.Threading.Tasks.Task.ExecuteWithThreadLocal(Task&, Thread) + 0xcc
at System.Threading.ThreadPoolWorkQueue.Dispatch() + 0x289
at System.Threading.WindowsThreadPool.DispatchCallback(IntPtr, IntPtr, IntPtr) + 0x45

很明顯的看到這里是WindowsThreadPool(Windows線程池調用)，而上面的則是PortableThreadPool(.NET運行時自己實現的托管線程池)。這里有個疑問，為什么AOT可以看到Windows線程池，因為AOT是本地預編譯機器碼，它不包含托管代碼，所以只能Windows自帶線程池調用。但是如果是托管代碼，不是AOT化，那么可以看到原汁原味的托管線程池調用。

通過issuse:dotnet/runtime#85373，Windows上運行的.NET8應用程序可以選擇任何一個線程池。

可以在 .csproj 中的中，添加：

false

false表示不使用Windows線程池，True表示使用。其它的，也可以設置環境變量，來使用Windows線程池，設置0則不使用。

DOTNET_ThreadPool_UseWindowsThreadPool=1

目前來說，沒有確切的證據證明哪個線程池好用，或者效率更高。但是開發者可以使用上面的選項來進行自己的選擇，有一個測試就是在Windows線程池在比較大的機器上的IO擴展性不太好。如果你的應用程序已經大量的使用了Windows線程池，那么可以通過以上設置為另一個線程池操作也是可以的。此外，線程池經常被阻塞，Windows線程池對此有更多的處理，也能更有效的比托管線程處理的更好。如以下代碼：

// dotnet run -c Release -f net8.0


usingSystem.Diagnostics;
varsw=Stopwatch.StartNew();
var barrier = new Barrier(Environment.ProcessorCount * 2 + 1);
for (int i = 0; i < barrier.ParticipantCount; i++)
{
    ThreadPool.QueueUserWorkItem(id =>
    {
        Console.WriteLine($"{sw.Elapsed}: {id}");
        barrier.SignalAndWait();
    }, i);
}


barrier.SignalAndWait();
Console.WriteLine($"Done:{sw.Elapsed}");

以上創建了很多工作項，所有的工作項都會被阻塞，直到所有工作項都被處理完畢。這里可以設置DOTNET_ThreadPool_UseWindowsThreadPool 為 1。看下對比的結果，顯示Windows線程池處理的更好。

審核編輯：湯梓紅

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