问题

为什么听说过 JVM 调优,却没听说过 CLR 调优?

回答
这个问题很有意思,确实,在很多技术讨论或者技术文章中,我们经常能听到“JVM 调优”,但对“CLR 调优”的说法相对陌生,甚至有些人会觉得 CLR 根本就没有“调优”这个概念。这种感知上的差异,并非空穴来风,背后有着深刻的技术和历史原因。

要理解这一点,我们得先回顾一下 Java 和 .NET 的发展历程以及它们各自的运行环境。

Java 诞生于互联网兴起的时代,它的核心理念之一就是“一次编写,到处运行”。为了实现这个目标,Sun Microsystems(后来被 Oracle 收购)设计了 Java 虚拟机(JVM)。JVM 不仅仅是一个语言运行时环境,它更是一个复杂的平台,负责解释执行 Java 字节码,管理内存(包括垃圾回收),处理线程,以及进行即时编译(JIT)。

早期的 Java 语言和 JVM,在性能上确实存在一些挑战。互联网应用的爆炸式增长,对服务器的稳定性和效率提出了极高的要求。开发者们发现,在某些场景下,Java 应用的性能表现并不尽如人意,特别是在内存使用、垃圾回收的暂停时间、以及代码执行效率等方面。于是,为了榨干 Java 应用的每一丝性能潜力,JVM 调优的概念应运而生。

JVM 调优涵盖了非常广泛的领域。比如,我们可以调整垃圾回收器的类型(Serial, Parallel, CMS, G1, ZGC, Shenandoah 等),为不同的 GC 设置参数,比如新生代的大小、老年代的比例、GC 线程数等等,以平衡吞吐量和延迟。我们还可以调整 JVM 的堆内存大小(`Xms`, `Xmx`),元空间的大小(`XX:MetaspaceSize`, `XX:MaxMetaspaceSize`),以及永久代的设置(在旧版本中)。更深层次的调优还包括 JIT 编译器的行为,比如代码的激进优化程度、编译的触发时机等等。这些调优的目的是为了让 JVM 在各种硬件环境和应用负载下,都能以最高效的方式运行 Java 代码。

那么,为什么 CLR(Common Language Runtime)的“调优”说法不那么流行呢?这里面有几个关键原因:

首先,CLR 的设计理念和发展路径与 JVM 有所不同。.NET 框架(包括后来的 .NET Core 和 .NET 5+)是由微软开发的,它的目标是构建一个统一的开发平台,支持多种语言(C, VB.NET, F 等)。CLR 的设计初衷就包含了很多微软在操作系统和企业级应用开发方面的经验。

其次,CLR 的垃圾回收器(Garbage Collector, GC)在设计上更加成熟和自动化。相较于 JVM 早期 GC 的种种问题,CLR 的 GC 从一开始就朝着更智能、更高效的方向发展。它采用了分代收集、并发标记、并行清理等多种技术,并且其默认的 GC 策略在很多场景下已经表现得相当不错。对于大多数开发者来说,CLR 的 GC 能够很好地自动管理内存,很少需要手动干预。

第三,CLR 的即时编译(JIT Compiler)也同样先进。CLR 的 JIT 编译器负责将中间语言(IL)转换为机器码。它同样具备很多优化能力,并且随着 .NET 版本的迭代,JIT 的性能也在不断提升。相比之下,JVM 的 JIT 优化历史更长,也可能经历了更多的“黑盒”优化过程,这才导致了“JVM 调优”的讨论更加普遍。

再者,社区的关注点也不同。Java 语言的普及度和应用场景非常广泛,尤其是在服务器端、企业级应用、大数据处理等领域,对性能的要求极致。因此,围绕 JVM 的调优形成了庞大的技术社群和丰富的调优经验分享。而 .NET 框架在很多时候,尤其是在 Windows 桌面应用开发领域,性能需求可能不像服务器端 Java 应用那样“压榨”。当然,随着 .NET Core 和 .NET 5+ 的跨平台能力增强,以及在云原生、微服务等领域的广泛应用,.NET 的性能也受到了越来越多的关注。

但是,这并不意味着 CLR 就完全不能“调优”。只是我们对它的称呼和关注点可能有所不同。在 .NET 社区,我们更常谈论的是:

.NET Runtime 性能优化:这更像是对整个运行时环境的优化,包括 GC 的行为、JIT 的编译策略、线程管理等等。但这些通常是 .NET 平台内部在不断改进,开发者更多的是通过使用最新的 .NET 版本、编写高质量的代码、以及合理地设计应用程序来间接受益。
内存管理和 GC 配置:虽然不像 JVM 那样有众多 GC 算法可供选择,但 .NET 确实也提供了一些配置选项,例如通过 `gcsettings` 属性来配置 GC 模式(工作站 GC vs 服务器 GC)、手动触发 GC 等。而且,对于内存泄漏、对象生命周期管理等问题,开发者依然需要仔细分析和处理。
性能分析工具:与 JVM 类似,.NET 也提供了强大的性能分析工具,如 Visual Studio Profiler、PerfView、dotnettrace 等,用来诊断性能瓶颈,分析 CPU 使用率、内存分配、GC 活动等。通过这些工具,开发者可以定位问题,进而调整代码逻辑或配置。
语言特性和框架的最佳实践:很多时候,“调优”并非直接操作运行时底层,而是通过更熟悉 C 等语言特性,使用 .NET 框架提供的更高效的 API,以及遵循设计模式和最佳实践来提升应用性能。例如,使用 `Span` 来避免不必要的内存拷贝,使用 `async/await` 进行高效的异步操作,选择合适的数据结构等等。

所以,与其说“CLR 没有调优”,不如说 CLR 的调优更像是“集成在平台内的持续优化”和“通过最佳实践引导的性能感知”。微软在 .NET 平台的性能优化方面投入了巨大的精力,使得 CLR 在很多场景下能够做到“开箱即用”的良好性能。开发者更多的是在更高层次上,通过代码设计和工具分析来达到性能目标,而不是直接去调整 GC 参数或者 JIT 编译器的复杂配置。

总结来说,JVM 调优之所以声名在外,是因为 Java 在早期发展中面临的性能挑战以及广泛的应用场景,使得对 JVM 底层的精细化调优成为了提升应用性能的关键手段,并且社区积累了大量的实践经验。而 CLR 虽然也存在类似的优化需求,但其设计上更强的自动化能力、微软持续的平台优化以及社区关注点的不同,使得“CLR 调优”这个说法并没有像 JVM 那样成为一个独立且突出的技术话题,更多的是融入到 .NET 平台整体的性能改进和开发者遵循最佳实践的过程中。

网友意见

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因为题主您就是没听说过 >_<||||

假定题主说的是下面三个层面的调优的头两种情况:

  1. 对VM的配置参数调优(例如GC参数)
  2. 对应用程序自身的代码调优
  3. 对VM自身的实现调优

(2)的话无论什么语言什么环境都好,追求性能的人肯定都有在做。Java和.NET都有好用的profiler可以帮助这方面的调查和调优。

有时候参数调优还不够的地方,也只能自己改自己的应用代码来解决问题了。请看一个经典案例:

In managed code we trust, our recent battles with the .NET Garbage Collector

(3)的话,CLR还没开源的时候,也无从调起。倒是有不少人给Mono贡献改进性能的patch,也算是广义上“.NET”的VM实现层面调优吧。

在CoreCLR开源后,也有不少人给CoreCLR贡献各种patch呢,包括“调优”。

.NET码农们以前时不时会中招的一种地方是程序进入GC的耗时(time-to-GC),也就是从CLR说“我要开始做GC了”到“真正开始做GC”之间的耗时。这里主要开销来自请求所有应用线程暂停(SuspendEE),这些线程要多久才完成对该请求的响应。听说过这个过程中会发生“250ms的倍数的等待时间”不?请跳传送门:

Garbage Collection Thread Suspension Delay (250ms Multiples)

像这种问题就是不进到VM内部做修改的话无法解决的。

(1)的话,其实就算当年CLR还没开源的时候,CLR也是有调优参数可以配置的呢。

最经典的就是选择试用Workstation GC(WKS GC)或者Server GC(SVR GC)。见过<gcServer>参数不?

后来可以配置使用Concurrent GC、Background Workstation GC、Background Server GC等。

用户还可以在代码里通过 GCSettings.LatencyMode 属性来影响GC的行为。

看,调优参数列表之一:

Runtime Settings Schema

不过CLR跟HotSpot VM在配置上有一个显著的区别,就是CLR不需要用户指定一个“GC堆的最大大小”。这跟CLR的GC堆的基础设计思路有关系。

HotSpot VM的GC堆一定要使用连续的虚拟地址空间。VM在启动的时候会一口气reserve GC所需要的整个地址空间,然后再按需commit。-Xmx会参与到GC堆最大大小的计算中。

CLR的GC堆则是分段式的(segemented),GC堆所用的空间会一个个segment分配,用满了一个再去分配一个新的;segment不需要在连续的地址空间上。这样GC堆可以按需自动增长或者缩减,可以一直增长到耗尽虚拟地址空间或者达到配额。

CLR这种分段式GC堆的好处是,在Windows上,特别是32位Windows上,虚拟地址空间中用户程序可以用的部分是比较零碎的,想要用到尽就不能对“连续的地址空间”有太多要求,这种条件下CLR跑在Windows上就可以充分利用资源。

而且这样一来,用户就不用头疼实现想好要配置多大的堆给CLR用了。反正它需要用多少会自己去增长。这用户体验就比绞尽脑汁想个好-Xmx要爽。

这种做法的坏处…怎能没有坏处呢。坏处也有若干。其中一个就是在这样的堆上实现的分代式GC的write barrier效率会比HotSpot那种用连续地址空间的要差一些。而且segmented heap实现起来也稍微复杂一些。

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