Question

我对C＃中dynamic的性能有疑问。我读过dynamic使编译器再次运行，但是它做了什么？

是否必须使用用作参数的dynamic变量或仅使用具有动态行为/上下文的行重新编译整个方法？

我注意到使用dynamic变量可以将简单的for循环减慢2个数量级。

我玩过的代码：

internal class Sum2
{
    public int intSum;
}

internal class Sum
{
    public dynamic DynSum;
    public int intSum;
}

class Program
{
    private const int ITERATIONS = 1000000;

    static void Main(string[] args)
    {
        var stopwatch = new Stopwatch();
        dynamic param = new Object();
        DynamicSum(stopwatch);
        SumInt(stopwatch);
        SumInt(stopwatch, param);
        Sum(stopwatch);

        DynamicSum(stopwatch);
        SumInt(stopwatch);
        SumInt(stopwatch, param);
        Sum(stopwatch);

        Console.ReadKey();
    }

    private static void Sum(Stopwatch stopwatch)
    {
        var sum = 0;
        stopwatch.Reset();
        stopwatch.Start();
        for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++)
        {
            sum += i;
        }
        stopwatch.Stop();

        Console.WriteLine(string.Format("Elapsed {0}", stopwatch.ElapsedMilliseconds));
    }

    private static void SumInt(Stopwatch stopwatch)
    {
        var sum = new Sum();
        stopwatch.Reset();
        stopwatch.Start();
        for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++)
        {
            sum.intSum += i;
        }
        stopwatch.Stop();

        Console.WriteLine(string.Format("Class Sum int Elapsed {0}", stopwatch.ElapsedMilliseconds));
    }

    private static void SumInt(Stopwatch stopwatch, dynamic param)
    {
        var sum = new Sum2();
        stopwatch.Reset();
        stopwatch.Start();
        for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++)
        {
            sum.intSum += i;
        }
        stopwatch.Stop();

        Console.WriteLine(string.Format("Class Sum int Elapsed {0} {1}", stopwatch.ElapsedMilliseconds, param.GetType()));
    }

    private static void DynamicSum(Stopwatch stopwatch)
    {
        var sum = new Sum();
        stopwatch.Reset();
        stopwatch.Start();
        for (int i = 0; i < ITERATIONS; i++)
        {
            sum.DynSum += i;
        }
        stopwatch.Stop();

        Console.WriteLine(String.Format("Dynamic Sum Elapsed {0}", stopwatch.ElapsedMilliseconds));
    }

Answer 1

我读过动态会让编译器再次运行，但是它做了什么。它是否必须使用动态作为参数重新编译整个方法，或者更确切地说那些具有动态行为/上下文的行（？）

这是交易。

对于程序中动态类型的每个表达式，编译器会发出代码，生成表示操作的单个“动态调用站点对象”。所以，例如，如果你有：

class C
{
    void M()
    {
        dynamic d1 = whatever;
        dynamic d2 = d1.Foo();

然后编译器将生成道德上这样的代码。（实际代码相当复杂;为了演示目的，这是简化的。）

class C
{
    static DynamicCallSite FooCallSite;
    void M()
    {
        object d1 = whatever;
        object d2;
        if (FooCallSite == null) FooCallSite = new DynamicCallSite();
        d2 = FooCallSite.DoInvocation("Foo", d1);

到目前为止看看这是如何工作的？我们生成呼叫站点一次，无论您多少次呼叫M.呼叫站点在您生成一次之后永远存在。呼叫站点是一个对象，表示“这里将动态调用Foo”。

好的，现在您已经有了呼叫站点，调用如何工作？

呼叫站点是动态语言运行时的一部分。 DLR说“嗯，有人试图在这个对象上动态调用方法foo。我对此有所了解吗？不。那我最好找出来。”

然后，DLR询问d1中的对象，看它是否有什么特别之处。也许它是遗留的COM对象，或Iron Python对象，或Iron Ruby对象，或IE DOM对象。如果它不是那些，那么它必须是一个普通的C＃对象。

这是编译器再次启动的地方。不需要词法分析器或解析器，因此DLR启动了一个特殊版本的C＃编译器，它只有元数据分析器，表达式的语义分析器和发出表达式树而不是IL的发射器。

元数据分析器使用Reflection来确定d1中对象的类型，然后将其传递给语义分析器，以询问在方法Foo上调用此类对象时会发生什么。重载分辨率分析器计算出来，然后构建一个表达式树 - 就像你在表达式lambda中调用Foo一样 - 表示该调用。

然后，C＃编译器将该表达式树与缓存策略一起传递回DLR。该策略通常是“第二次看到此类对象时，您可以重新使用此表达式树而不是再次回叫”。然后，DLR在表达式树上调用Compile，它会调用表达式树到IL的编译器，并在委托中吐出一块动态生成的IL。

然后，DLR将此委托缓存在与调用站点对象关联的缓存中。

然后它调用委托，并发生Foo调用。

第二次拨打M，我们已经有了一个呼叫站点。 DLR再次询问对象，如果对象与上次对象类型相同，它会将委托从缓存中取出并调用它。如果对象属于不同类型，则缓存未命中，整个过程重新开始;我们对调用进行语义分析并将结果存储在缓存中。

对于涉及动态的每个表达式都会发生这种情况。例如，如果你有：

int x = d1.Foo() + d2;

然后有三个动态调用网站。一个用于动态调用Foo，一个用于动态添加，另一个用于从动态到int的动态转换。每个人都有自己的运行时分析和自己的分析结果缓存。

有意义吗？

Answer 2

更新：添加了预编译和延迟编译的基准

更新2：原来，我错了。请参阅Eric Lippert的帖子，以获得完整正确的答案。我为了基准数字而离开这里

*更新3：根据Mark Gravell's answer to this question添加了IL-Emitted和Lazy IL-Emitted基准。

据我所知，使用dynamic关键字不会在运行时自身产生任何额外的编译（虽然我想它可以在特定情况下这样做，具体取决于对象的类型支持你的动态变量。）

关于性能，dynamic本质上会引入一些开销，但不会像您想象的那么多。例如，我刚刚运行了一个如下所示的基准：

void Main()
{
    Foo foo = new Foo();
    var args = new object[0];
    var method = typeof(Foo).GetMethod("DoSomething");
    dynamic dfoo = foo;
    var precompiled = 
        Expression.Lambda<Action>(
            Expression.Call(Expression.Constant(foo), method))
        .Compile();
    var lazyCompiled = new Lazy<Action>(() =>
        Expression.Lambda<Action>(
            Expression.Call(Expression.Constant(foo), method))
        .Compile(), false);
    var wrapped = Wrap(method);
    var lazyWrapped = new Lazy<Func<object, object[], object>>(() => Wrap(method), false);
    var actions = new[]
    {
        new TimedAction("Direct", () => 
        {
            foo.DoSomething();
        }),
        new TimedAction("Dynamic", () => 
        {
            dfoo.DoSomething();
        }),
        new TimedAction("Reflection", () => 
        {
            method.Invoke(foo, args);
        }),
        new TimedAction("Precompiled", () => 
        {
            precompiled();
        }),
        new TimedAction("LazyCompiled", () => 
        {
            lazyCompiled.Value();
        }),
        new TimedAction("ILEmitted", () => 
        {
            wrapped(foo, null);
        }),
        new TimedAction("LazyILEmitted", () => 
        {
            lazyWrapped.Value(foo, null);
        }),
    };
    TimeActions(1000000, actions);
}

class Foo{
    public void DoSomething(){}
}

static Func<object, object[], object> Wrap(MethodInfo method)
{
    var dm = new DynamicMethod(method.Name, typeof(object), new Type[] {
        typeof(object), typeof(object[])
    }, method.DeclaringType, true);
    var il = dm.GetILGenerator();

    if (!method.IsStatic)
    {
        il.Emit(OpCodes.Ldarg_0);
        il.Emit(OpCodes.Unbox_Any, method.DeclaringType);
    }
    var parameters = method.GetParameters();
    for (int i = 0; i < parameters.Length; i++)
    {
        il.Emit(OpCodes.Ldarg_1);
        il.Emit(OpCodes.Ldc_I4, i);
        il.Emit(OpCodes.Ldelem_Ref);
        il.Emit(OpCodes.Unbox_Any, parameters[i].ParameterType);
    }
    il.EmitCall(method.IsStatic || method.DeclaringType.IsValueType ?
        OpCodes.Call : OpCodes.Callvirt, method, null);
    if (method.ReturnType == null || method.ReturnType == typeof(void))
    {
        il.Emit(OpCodes.Ldnull);
    }
    else if (method.ReturnType.IsValueType)
    {
        il.Emit(OpCodes.Box, method.ReturnType);
    }
    il.Emit(OpCodes.Ret);
    return (Func<object, object[], object>)dm.CreateDelegate(typeof(Func<object, object[], object>));
}

从代码中可以看出，我尝试以七种不同的方式调用一个简单的无操作方法：

直接方法调用
使用dynamic
通过反思
使用在运行时预编译的Action（从结果中排除编译时间）。
使用在第一次需要时编译的Action，使用非线程安全的Lazy变量（因此包括编译时间）
使用在测试之前创建的动态生成的方法。
使用动态生成的方法，在测试期间实例化。

每个在一个简单的循环中被称为100万次。以下是时间结果：

直接：3.4248ms
  动态：45.0728ms
  反思：888.4011ms
  预编译：21.9166ms
  懒人编译：30.2045ms
  ILEmitted：8.4918ms
  懒惰：14.3483ms

因此，虽然使用dynamic关键字比直接调用方法要长一个数量级，但它仍然可以在大约50毫秒内完成操作一百万次，这使得它比反射快得多。如果我们调用的方法试图做一些密集的事情，比如将几个字符串组合在一起或者在集合中搜索值，那么这些操作可能远远超过直接调用和dynamic调用之间的差异。

性能只是不必要地使用dynamic的众多好理由之一，但是当您处理真正的dynamic数据时，它可以提供远远超过缺点的优势。

更新4

根据Johnbot的评论，我将Reflection区域分解为四个单独的测试：

    new TimedAction("Reflection, find method", () => 
    {
        typeof(Foo).GetMethod("DoSomething").Invoke(foo, args);
    }),
    new TimedAction("Reflection, predetermined method", () => 
    {
        method.Invoke(foo, args);
    }),
    new TimedAction("Reflection, create a delegate", () => 
    {
        ((Action)method.CreateDelegate(typeof(Action), foo)).Invoke();
    }),
    new TimedAction("Reflection, cached delegate", () => 
    {
        methodDelegate.Invoke();
    }),

......以下是基准测试结果：

因此，如果您可以预先确定需要调用的特定方法，则调用引用该方法的缓存委托与调用方法本身的速度一样快。但是，如果您需要确定在调用它时调用哪个方法，则为其创建委托非常昂贵。

动态变量如何影响性能？

2 个答案:

更新4