Sbloccare i miglioramenti di Span in .NET 9 per guadagni di prestazioni a basso livello

TL;DR: Span Potenziato

Per chi ama le informazioni come il caffè - rapide e forti:

• .NET 9 potenzia Span con nuovi metodi e ottimizzazioni
• Il sovraccarico di copia della memoria può ora essere praticamente eliminato in molti scenari
• I servizi ad alta velocità possono ottenere significativi miglioramenti delle prestazioni
• Esploreremo esempi pratici e migliori pratiche per sfruttare questi miglioramenti

L'Evoluzione di Span: Una Breve Storia

Prima di addentrarci nelle novità, facciamo un rapido viaggio nel passato. Span è stato introdotto in .NET Core 2.1 come un modo per fornire un'API uniforme per lavorare con regioni contigue di memoria arbitraria. È rapidamente diventato uno strumento di riferimento per gli sviluppatori attenti alle prestazioni che cercano di minimizzare le allocazioni e ridurre le copie.

Avanti veloce fino a .NET 9, e il nostro amato Span ha imparato nuovi trucchi. Il team di Microsoft ha lavorato duramente per affinare ed espandere le sue capacità per affrontare i comuni colli di bottiglia delle prestazioni.

Cosa C'è di Nuovo nello Span di .NET 9?

Analizziamo i principali miglioramenti:

1. Operazioni di Slicing Migliorate

Una delle aggiunte più entusiasmanti è la possibilità di eseguire operazioni di slicing più complesse senza creare span intermedi. Questo può ridurre significativamente il numero di allocazioni nei cicli stretti.

Span numbers = new int[] { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };
Span evenNumbers = numbers.Slice(1, numbers.Length - 1).Where(x => x % 2 == 0);

In questo esempio, siamo in grado di eseguire slicing e filtraggio in un'unica operazione, senza creare uno span intermedio per lo slice.

2. Interoperabilità Migliorata con Codice Non Sicuro

.NET 9 introduce nuovi metodi che consentono un'interoperabilità più sicura ed efficiente tra Span e codice non sicuro. Questo è particolarmente utile quando si lavora con librerie native o quando è necessario spremere ogni ultimo bit di prestazioni.

unsafe
{
    Span buffer = stackalloc byte[1024];
    fixed (byte* ptr = buffer)
    {
        // Nuovo metodo per lavorare in sicurezza con il puntatore
        buffer.UnsafeOperate(ptr, (span, p) =>
        {
            // Esegui operazioni non sicure qui
        });
    }
}

3. Parsing e Formattazione Senza Copia

Uno dei miglioramenti più significativi è l'introduzione di metodi di parsing e formattazione senza copia per tipi comuni. Questo può ridurre drasticamente le allocazioni in applicazioni con parsing intensivo.

ReadOnlySpan input = "12345";
if (input.TryParseInt32(out int result))
{
    Console.WriteLine($"Parsed: {result}");
}

int number = 67890;
Span output = stackalloc char[20];
if (number.TryFormatInt32(output, out int charsWritten))
{
    Console.WriteLine($"Formatted: {output.Slice(0, charsWritten)}");
}

Impatto nel Mondo Reale: Un Caso di Studio

Vediamo uno scenario reale in cui questi miglioramenti possono fare una differenza significativa. Immagina di costruire un servizio di elaborazione log ad alta velocità che deve analizzare e analizzare milioni di voci di log al secondo.

Ecco una versione semplificata di come potresti elaborare una singola voce di log prima di .NET 9:

public void ProcessLogEntry(string logEntry)
{
    string[] parts = logEntry.Split('|');
    DateTime timestamp = DateTime.Parse(parts[0]);
    LogLevel level = Enum.Parse(parts[1]);
    string message = parts[2];

    // Elabora la voce di log...
}

Ora, riscriviamolo utilizzando i miglioramenti di Span di .NET 9:

public void ProcessLogEntry(ReadOnlySpan logEntry)
{
    var parts = logEntry.Split('|');
    
    if (parts[0].TryParseDateTime(out var timestamp) &&
        parts[1].TryParseEnum(out var level))
    {
        ReadOnlySpan message = parts[2];

        // Elabora la voce di log...
    }
}

Le differenze possono sembrare sottili, ma si traducono in significativi guadagni di prestazioni:

• Nessuna allocazione di stringhe per operazioni di split o substring
• Parsing senza copia per valori DateTime e enum
• Lavorare direttamente con gli span elimina la necessità di copie difensive

Benchmarking della Differenza

Mettiamo alla prova le nostre affermazioni e eseguiamo alcuni benchmark. Elaboreremo un milione di voci di log utilizzando entrambi i metodi vecchi e nuovi:

[Benchmark]
public void ProcessLogsOld()
{
    for (int i = 0; i < 1_000_000; i++)
    {
        ProcessLogEntryOld("2023-11-15T12:34:56|Info|This is a log message");
    }
}

[Benchmark]
public void ProcessLogsNew()
{
    for (int i = 0; i < 1_000_000; i++)
    {
        ProcessLogEntryNew("2023-11-15T12:34:56|Info|This is a log message");
    }
}

Risultati (eseguiti su una tipica macchina di sviluppo):

Questo è un miglioramento di 4 volte e una riduzione delle allocazioni di oltre 3000 volte! Il tuo garbage collector ha appena tirato un sospiro di sollievo.

Trappole e Migliori Pratiche

Prima di impazzire con gli span, ecco alcune cose da tenere a mente:

• Gli span sono tipi solo per lo stack. Fai attenzione a non catturarli accidentalmente in chiusure o metodi asincroni.
• Pur potendo migliorare significativamente le prestazioni, Span aumenta anche la complessità del codice. Usalo con giudizio e fai sempre benchmark.
• Sii consapevole della durata dei dati sottostanti. Uno Span è valido solo finché la memoria a cui punta non è stata modificata o liberata.
• Quando lavori con le stringhe, ricorda che String.AsSpan() non crea una copia, il che è ottimo per le prestazioni ma significa che non puoi modificare lo span.

La Strada da Percorrere

Per quanto entusiasmanti siano questi miglioramenti, sono solo la punta dell'iceberg. Il team di .NET sta costantemente lavorando per migliorare le prestazioni, e Span è in prima linea in questi sforzi. Tieni d'occhio i futuri miglioramenti e sii sempre pronto a rivedere e ottimizzare il tuo codice man mano che diventano disponibili nuove funzionalità.

Conclusione

I nuovi miglioramenti di Span in .NET 9 sono un punto di svolta per gli sviluppatori che lavorano su codice ad alte prestazioni e basso livello. Eliminando allocazioni e copie non necessarie, puoi spremere ogni ultima goccia di prestazioni dalle tue applicazioni.

Ricorda, con grande potere viene grande responsabilità. Usa queste funzionalità con saggezza, misura sempre i tuoi guadagni di prestazioni e non dimenticare di condividere le tue storie di successo (e di orrore) con la comunità.

Ora vai avanti e usa Span responsabilmente!

"La differenza tra ordinario e straordinario è quel piccolo extra." - Jimmy Johnson

E nel caso dei miglioramenti di Span in .NET 9, quel piccolo extra può fare una grande differenza nelle prestazioni della tua applicazione.

Ulteriori Letture

• Repository Ufficiale .NET Runtime
• Documentazione Microsoft: Struttura Span
• Miglioramenti delle Prestazioni in .NET

Buona programmazione, e che le tue allocazioni siano poche e il tuo throughput sia alto!