मेमोरी और स्पैन पीटी। 1

.NET कोर 2.0 और .NET फ्रेमवर्क 4.5 से शुरू होकर हम नए डेटा प्रकारों का उपयोग कर सकते हैं: Span और Memory । उनका उपयोग करने के लिए, आपको बस System.Memory nuget पैकेज को संस्थापित करने की आवश्यकता है:

PM> Install-Package System.Memory

ये डेटा प्रकार उल्लेखनीय हैं क्योंकि CLR टीम ने इन डेटा प्रकारों को कोर में एम्बेड करके .NET कोर 2.1+ JIT कंपाइलर के कोड के अंदर अपने विशेष समर्थन को लागू करने के लिए बहुत अच्छा काम किया है। ये किस प्रकार के डेटा प्रकार हैं और वे पूरे अध्याय के लायक क्यों हैं?

यदि हम उन समस्याओं के बारे में बात करते हैं जो इस प्रकार की दिखाई देती हैं, तो मुझे उनमें से तीन का नाम देना चाहिए। पहला एक अप्रबंधित कोड है।

मानव रहित कोड के साथ काम करने के लिए भाषा और मंच दोनों कई वर्षों से मौजूद हैं। तो, क्यों एक और एपीआई को अप्रबंधित कोड के साथ काम करने के लिए जारी किया जाता है यदि पूर्व मूल रूप से कई वर्षों से मौजूद है? इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, हमें यह समझना चाहिए कि हमारे पास पहले क्या कमी थी।

यह अध्याय रूसी से संयुक्त रूप से लेखक द्वारा और पेशेवर अनुवादकों द्वारा अनुवादित किया गया था । आप रूसी या अंग्रेजी से किसी अन्य भाषा में अनुवाद करने में हमारी मदद कर सकते हैं, मुख्यतः चीनी या जर्मन में।

इसके अलावा, यदि आप हमें धन्यवाद देना चाहते हैं, तो आप सबसे अच्छा तरीका यह कर सकते हैं कि हमें गितुब पर एक स्टार देना है या रिपॉजिटरी को फोर्क करना है github / sidristij / dotnetbook ।

मंच डेवलपर्स ने पहले ही हमारे लिए अप्रबंधित संसाधनों के उपयोग को सुविधाजनक बनाने का प्रयास किया। उन्होंने आयातित तरीकों और मार्शलों के लिए ऑटो रैपर लागू किया जो ज्यादातर मामलों में स्वचालित रूप से काम करता है। यहां stackalloc से भी संबंधित है, जिसका उल्लेख अध्याय में एक थ्रेड स्टैक के बारे में किया गया है। हालाँकि, जैसा कि मैं इसे देखता हूं, पहले C # डेवलपर्स C ++ दुनिया (मेरा मामला) से आए थे, लेकिन अब वे अधिक उच्च-स्तरीय भाषाओं से स्थानांतरित हो गए (मुझे पता है कि एक डेवलपर जो पहले जावास्क्रिप्ट में लिखा था)। इसका मतलब है कि लोगों को अप्रबंधित कोड और सी / सी + कंस्ट्रक्शन पर अधिक संदेह हो रहा है, इसलिए असेंबलर के लिए बहुत अधिक है।

नतीजतन, परियोजनाओं में कम और असुरक्षित कोड होते हैं और प्लेटफ़ॉर्म एपीआई में विश्वास अधिक से अधिक बढ़ता है। यह जांचना आसान है कि क्या हम पब्लिक रिपॉजिटरी में stackalloc उपयोग के मामलों की खोज करते हैं - वे दुर्लभ हैं। हालाँकि, इसका उपयोग करने वाला कोई भी कोड लें:

Interop.ReadDir वर्ग
/src/mscorlib/shared/Interop/Unix/System.Native/Interop.ReadDir.cs

 unsafe { // s_readBufferSize is zero when the native implementation does not support reading into a buffer. byte* buffer = stackalloc byte[s_readBufferSize]; InternalDirectoryEntry temp; int ret = ReadDirR(dir.DangerousGetHandle(), buffer, s_readBufferSize, out temp); // We copy data into DirectoryEntry to ensure there are no dangling references. outputEntry = ret == 0 ? new DirectoryEntry() { InodeName = GetDirectoryEntryName(temp), InodeType = temp.InodeType } : default(DirectoryEntry); return ret; } 

हम देख सकते हैं कि यह लोकप्रिय क्यों नहीं है। बस इस कोड को स्किम करें और अपने आप से सवाल करें कि क्या आपको इस पर भरोसा है। मुझे लगता है कि उत्तर 'नहीं' है। फिर, अपने आप से क्यों पूछें। यह स्पष्ट है: न केवल हम Dangerous शब्द देखते हैं, जो यह बताता है कि कुछ गलत हो सकता है, लेकिन unsafe कीवर्ड और byte* buffer = stackalloc byte[s_readBufferSize]; लाइन (विशेष रूप से - byte* ) जो हमारे दृष्टिकोण को बदल देती है। यह सोचना आपके लिए एक ट्रिगर है: "क्या ऐसा करने का कोई और तरीका नहीं था"? तो, चलो मनोविश्लेषण में गहराई से उतरें: आप ऐसा क्यों सोच सकते हैं? एक ओर, हम भाषा निर्माण का उपयोग करते हैं और यहां प्रस्तुत वाक्यविन्यास, उदाहरण के लिए, C ++ / CLI से बहुत दूर है, जो कुछ भी (यहां तक ​​कि शुद्ध कोडांतरक कोड डालने की अनुमति देता है)। दूसरी ओर, यह वाक्यविन्यास असामान्य दिखता है।

दूसरे मुद्दे के डेवलपर्स ने स्पष्ट रूप से सोचा या स्पष्ट रूप से स्ट्रिंग और चार [] प्रकार की असंगति है। हालाँकि, तार्किक रूप से एक स्ट्रिंग वर्णों की एक सरणी है, लेकिन आप एक स्ट्रिंग को चार में नहीं डाल सकते हैं []: आप केवल एक नई वस्तु बना सकते हैं और एक स्ट्रिंग की सामग्री को एक सरणी में कॉपी कर सकते हैं। यह असंगति भंडारण के संदर्भ में तार का अनुकूलन करने के लिए शुरू की गई है (कोई आसानी से सरणियां नहीं हैं)। हालाँकि, समस्याएँ तब प्रकट होती हैं जब आप फ़ाइलों के साथ काम करना शुरू करते हैं। उन्हें कैसे पढ़ा जाए? एक स्ट्रिंग के रूप में या एक सरणी के रूप में? यदि आप एक ऐसा सरणी चुनते हैं, तो आप स्ट्रिंग्स के साथ काम करने के लिए डिज़ाइन किए गए कुछ तरीकों का उपयोग नहीं कर सकते। स्ट्रिंग के रूप में पढ़ने के बारे में क्या? यह बहुत लंबा हो सकता है। यदि आपको इसे पार्स करने की आवश्यकता है, तो आपको किस प्रकार के पार्सर को आदिम डेटा प्रकारों के लिए चुनना चाहिए: आप हमेशा उन्हें मैन्युअल रूप से पार्स नहीं करना चाहते (पूर्णांक, फ़्लोट्स, विभिन्न स्वरूपों में दिए गए)। हमारे पास बहुत सारे सिद्ध एल्गोरिदम हैं जो इसे जल्दी और अधिक कुशलता से करते हैं, क्या हम नहीं? हालाँकि, ऐसे एल्गोरिदम अक्सर ऐसे तार के साथ काम करते हैं जिनमें एक आदिम प्रकार के अलावा कुछ नहीं होता है। तो, एक दुविधा है।

तीसरी समस्या यह है कि एल्गोरिथ्म के लिए आवश्यक डेटा शायद ही कभी किसी स्रोत से पढ़ी गई किसी सरणी के एक खंड के भीतर एक निरंतर, ठोस डेटा स्लाइस बनाते हैं। उदाहरण के लिए, सॉकेट से पढ़ी गई फ़ाइलों या डेटा के मामले में, हमारे पास पहले से ही एल्गोरिथम द्वारा संसाधित किए गए कुछ भाग हैं, इसके बाद डेटा का एक हिस्सा है जिसे हमारी विधि द्वारा संसाधित किया जाना चाहिए, और फिर अभी तक संसाधित डेटा द्वारा नहीं। आदर्श रूप से, हमारी विधि केवल उस डेटा को चाहती है जिसके लिए यह विधि डिज़ाइन की गई थी। उदाहरण के लिए, एक विधि जो पूर्णांक को पार्स करती है वह एक स्ट्रिंग के साथ खुश नहीं होगी जिसमें कुछ शब्द होते हैं जिनके बीच कहीं अपेक्षित संख्या होती है। यह तरीका एक नंबर चाहता है और कुछ नहीं। या, यदि हम एक संपूर्ण सरणी पास करते हैं, तो संकेत करने की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए, सरणी की शुरुआत से एक संख्या के लिए ऑफसेट।

 int ParseInt(char[] input, int index) { while(char.IsDigit(input[index])) { // ... index++; } } 

हालांकि, यह दृष्टिकोण खराब है, क्योंकि इस पद्धति से अनावश्यक डेटा प्राप्त होता है। दूसरे शब्दों में, इस पद्धति को संदर्भों के लिए कहा जाता है जिसे इसके लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था , और कुछ बाहरी कार्यों को हल करना होगा। यह एक खराब डिजाइन है। इन समस्याओं से कैसे बचें? एक विकल्प के रूप में हम ArraySegment<T> प्रकार का उपयोग कर सकते हैं जो किसी सरणी के एक सेक्शन को एक्सेस दे सकता है:

 int ParseInt(IList<char>[] input) { while(char.IsDigit(input.Array[index])) { // ... index++; } } var arraySegment = new ArraySegment(array, from, length); var res = ParseInt((IList<char>)arraySegment); 

हालाँकि, मुझे लगता है कि यह तर्क के मामले में बहुत अधिक है और प्रदर्शन में कमी है। ArraySegment को खराब तरीके से डिज़ाइन किया गया है और एक सरणी के साथ किए गए समान संचालन की तुलना में तत्वों तक पहुंच को 7 गुना अधिक धीमा कर देता है।

तो हम इन समस्याओं को कैसे हल करते हैं? हम डेवलपर्स को अप्रबंधित कोड का उपयोग करने के लिए वापस कैसे प्राप्त करते हैं और उन्हें विषम डेटा स्रोतों के साथ काम करने के लिए एक एकीकृत और त्वरित उपकरण देते हैं: सरणियाँ, तार और अप्रबंधित मेमोरी। उन्हें यह विश्वास दिलाने की आवश्यकता थी कि वे अनजाने में कोई गलती नहीं कर सकते। उन्हें एक ऐसा उपकरण देना आवश्यक था जो प्रदर्शन के मामले में देशी डेटा प्रकारों को कम नहीं करता लेकिन सूचीबद्ध समस्याओं को हल करता है। Span<T> और Memory<T> प्रकार वास्तव में ये उपकरण हैं।

स्पैन <टी>, रीडऑनलस्पैन <टी>

Span प्रकार एक उपकरण है जो डेटा सरणी के एक खंड के भीतर या उसके मूल्यों की एक व्यवस्था के साथ डेटा के साथ काम करने के लिए है। एक सरणी के मामले में, यह इस सबरेंज के तत्वों को पढ़ने और लिखने दोनों की अनुमति देता है, लेकिन एक महत्वपूर्ण बाधा के साथ: आपको एक Span<T> केवल एक सरणी के साथ एक अस्थायी काम के लिए मिलता है या बनाना है, बस तरीकों के एक समूह को कॉल करने के लिए । हालांकि, एक सामान्य समझ पाने के लिए आइए उन आंकड़ों के प्रकारों की तुलना करें जो Span लिए डिज़ाइन किए गए हैं और इसके संभावित उपयोग परिदृश्यों को देखते हैं।

पहले प्रकार का डेटा एक सामान्य सरणी है। निम्न तरीके से Span साथ काम करता है:

  var array = new [] {1,2,3,4,5,6}; var span = new Span<int>(array, 1, 3); var position = span.BinarySearch(3); Console.WriteLine(span[position]); // -> 3 

सबसे पहले, हम डेटा की एक सरणी बनाते हैं, जैसा कि इस उदाहरण द्वारा दिखाया गया है। अगला, हम Span (या एक सबसेट) बनाते हैं, जो सरणी के संदर्भ में है, और कोड का उपयोग करने वाले कोड के लिए पहले से आरंभिक मूल्य सीमा तक पहुंच बनाता है।

यहां हम इस प्रकार के डेटा की पहली विशेषता देखते हैं, जो एक निश्चित संदर्भ बनाने की क्षमता है। आइए संदर्भों के अपने विचार का विस्तार करें:

 void Main() { var array = new [] {'1','2','3','4','5','6'}; var span = new Span<char>(array, 1, 3); if(TryParseInt32(span, out var res)) { Console.WriteLine(res); } else { Console.WriteLine("Failed to parse"); } } public bool TryParseInt32(Span<char> input, out int result) { result = 0; for (int i = 0; i < input.Length; i++) { if(input[i] < '0' || input[i] > '9') return false; result = result * 10 + ((int)input[i] - '0'); } return true; } ----- 234 

जैसा कि हम देखते हैं कि Span<T> पढ़ने और लिखने दोनों के लिए एक मेमोरी रेंज का सार एक्सेस प्रदान करता है। यह हमें क्या देता है? अगर हमें याद है कि हम Span उपयोग किस और के लिए कर सकते हैं, तो हम अप्रबंधित संसाधनों और तारों के बारे में सोचेंगे:

 // Managed array var array = new[] { '1', '2', '3', '4', '5', '6' }; var arrSpan = new Span<char>(array, 1, 3); if (TryParseInt32(arrSpan, out var res1)) { Console.WriteLine(res1); } // String var srcString = "123456"; var strSpan = srcString.AsSpan(); if (TryParseInt32(strSpan, out var res2)) { Console.WriteLine(res2); } // void * Span<char> buf = stackalloc char[6]; buf[0] = '1'; buf[1] = '2'; buf[2] = '3'; buf[3] = '4'; buf[4] = '5'; buf[5] = '6'; if (TryParseInt32(buf, out var res3)) { Console.WriteLine(res3); } ----- 234 234 234 

इसका मतलब है कि Span<T> मेमोरी के साथ काम करने के तरीकों को एकजुट करने और प्रबंधित और अप्रबंधित दोनों के लिए एक उपकरण है। यह कचरा संग्रहण के दौरान ऐसे डेटा के साथ काम करते समय सुरक्षा सुनिश्चित करता है। यदि स्मृति अप्रबंधित संसाधनों के साथ चलती है, तो यह सुरक्षित होगी।

हालांकि, क्या हमें इतना उत्साहित होना चाहिए? क्या हम इसे पहले हासिल कर सकते थे? उदाहरण के लिए, प्रबंधित सरणियों के मामले में इसमें कोई संदेह नहीं है: आपको बस एक और वर्ग में एक सरणी लपेटने की आवश्यकता है (उदाहरण के लिए लंबे समय से विद्यमान [ArraySegment] ( https://referencesource.microsoft.com/#mscorlib/system/ arraysegment.cs, 31 )) इस प्रकार एक समान इंटरफ़ेस दे रहा है और वह यह है। इसके अलावा, आप स्ट्रिंग्स के साथ भी ऐसा कर सकते हैं - उनके पास आवश्यक तरीके हैं। फिर, आपको बस एक ही प्रकार में एक स्ट्रिंग लपेटने और इसके साथ काम करने के तरीके प्रदान करने की आवश्यकता है। हालांकि, एक स्ट्रिंग, एक बफर और एक सरणी को एक प्रकार में संग्रहीत करने के लिए आपको एक ही उदाहरण में प्रत्येक संभव संस्करण के संदर्भ रखने के साथ बहुत कुछ करना होगा (केवल एक सक्रिय संस्करण के साथ, जाहिर है)।

 public readonly ref struct OurSpan<T> { private T[] _array; private string _str; private T * _buffer; // ... } 

या, आर्किटेक्चर के आधार पर आप तीन प्रकार बना सकते हैं जो एक समान इंटरफ़ेस लागू करते हैं। इस प्रकार, इन डेटा प्रकारों के बीच एक समान इंटरफ़ेस बनाना संभव नहीं है जो Span<T> से अलग है और अधिकतम प्रदर्शन को बनाए रखता है।

अगला, एक सवाल है कि Span संबंध में ref struct क्या है? ये बिल्कुल "स्टैक पर मौजूद संरचनाएं" हैं जो हम नौकरी के साक्षात्कार के दौरान इतनी बार सुनते हैं। इसका अर्थ है कि यह डेटा प्रकार केवल स्टैक पर आवंटित किया जा सकता है और ढेर तक नहीं जा सकता है। यही कारण है कि Span , जो एक रेफ स्ट्रक्चर है, एक संदर्भ डेटा प्रकार है जो विधियों का काम करने में सक्षम है लेकिन स्मृति में वस्तुओं का नहीं। इसे समझने की कोशिश करते समय हमें आधार बनाने की जरूरत है।

अब हम Span प्रकार और संबंधित ReadOnlySpan प्रकार को परिभाषित कर सकते हैं:

स्पान एक डेटा प्रकार है जो समान प्रकार के डेटा सरणियों के साथ काम करने के लिए एक समान इंटरफ़ेस को लागू करता है और एक सरणी के सबसेट को एक विधि से गुजरने में सक्षम बनाता है ताकि मूल सरणी तक पहुंच की गति निरंतर हो और गहराई की परवाह किए बिना उच्चतम हो। संदर्भ।

दरअसल, अगर हमारे पास एक कोड जैसा है

 public void Method1(Span<byte> buffer) { buffer[0] = 0; Method2(buffer.Slice(1,2)); } Method2(Span<byte> buffer) { buffer[0] = 0; Method3(buffer.Slice(1,1)); } Method3(Span<byte> buffer) { buffer[0] = 0; } 

मूल बफ़र तक पहुंच की गति सबसे अधिक होगी क्योंकि आप एक प्रबंधित पॉइंटर के साथ काम करते हैं न कि एक प्रबंधित ऑब्जेक्ट के साथ। इसका मतलब है कि आप एक प्रबंधित आवरण में असुरक्षित प्रकार के साथ काम करते हैं, लेकिन .NET प्रबंधित प्रकार के साथ नहीं।

यह अध्याय रूसी से संयुक्त रूप से लेखक द्वारा और पेशेवर अनुवादकों द्वारा अनुवादित किया गया था । आप रूसी या अंग्रेजी से किसी अन्य भाषा में अनुवाद करने में हमारी मदद कर सकते हैं, मुख्यतः चीनी या जर्मन में।

इसके अलावा, यदि आप हमें धन्यवाद देना चाहते हैं, तो आप सबसे अच्छा तरीका यह कर सकते हैं कि हमें गितुब पर एक स्टार देना है या रिपॉजिटरी को फोर्क करना है github / sidristij / dotnetbook ।