Добрый день, дорогие читатели блога ITVDN. Сегодня я затрону очень важные темы о виртуальной машине среды .Net, которую в Microsoft назвали CLR (Common Language Runtime - Общеязыковая среда выполнения). Вы узнаете, что значит промежуточный код, познакомитесь с важными компонeнтами CLR: JIT (Just in Time compiler) компилятором и его ролью в выполнении кода, также со Сборщиком Мусора(Garbage Collector). Будет полезно получить ваши отзывы, положительные и отрицательные.
C# является языком общего назначения платформы .NET (эта платформа поддерживает разные языки, которые отличаются друг от друга, например, VB.NET, F#, весь список можно поискать в интернете), разработанный компанией Microsoft, учитывая плюсы и минусы ряда языков, таких как C++ и Java. Это ни в коем случае не значит, что Microsoft занимается копированием, в мире технологий это в порядке вещей, каждая новая технология основывается на старых, Java был разработан на основе других языков (включая C++), такие инструменты для Java, как Spock Framework или Gradle, были созданы, учитывая минусы предшественников, сам C++ был разработан на основе C и в начале назывался “Си с классами”. Вся эта информация доступна в интернете. Вернемся к C#, двумя его особенностями являются компиляция кода и автоматическая сборка мусора. Поговорим о каждой по отдельности.
Компиляция кода
Сущность компиляции в том, что написанный нами код сначала компилятором (каждый язык .Net имеет свой компилятор) переводится в промежуточный язык IL(Intermediate Language, его также называют MSIL, CIL или просто байт-код). После байт-код переводится в машинный код (нули и единицы), понятный процессору. За это отвечает JIT-компилятор. Это свойство есть и у других языков .NЕТ платформы, если, например, есть программа, написанная на C# и VB.NET, они отдельно скомпилируются, но после эти части программы уже будут соединены в одно целое на уровне байт-кода. Если здесь задуматься, можно понять смысл названия “Общеязыковая среда выполнения”, это среда, где вместе выполняется байт-код от разных языков .NET платформы.
Способом компиляции работают также языки C++ и Java. Есть еще интерпретируемые языки, в их случае код выполняется строка за строкой. Наиболее известными языками этого семейства являются Javascript, PHP, Python.
А теперь давайте создадим консольное приложение и посмотрим, что из себя представляет байт-код. Откройте папку приложения, зайдите в bin, потом Debug и скопируйте путь к этой папке, она вам пригодится. Для этого просто нажмите на иконку папки, который показан стрелкой в картинке снизу.
Папка будет пуста, но как только выполните программу, в ней появятся 3 файла, первый из них мы откроем с помощью утилиты ILDasm (IL Disassembler), который устанавливается вместе с Visual Studio. В картинке не видно, но у файла расширение “.exe”.
Делать это очень просто, откройте Start Menu, в папке Visual Studio найдите Developer Command Prompt и запустите его.
В появившемся окне напишите “ildasm.exe” и путь к файлу, который вы скопировали, после добавьте имя первого файла в списке вместе с расширением(у меня имя файла “HelloStudents”, потому что я так назвал свой проект). В открывшемся окне увидите Манифест сборки и имя вашего проекта.
Развернув его, перед вами откроется такая картинка.
Давайте откроем “Main : void(string[])”, здесь IL-код нашего метода Main, который во время выполнения программы JIT-компилятор генерирует в машинный код.
О работе JIT добавлю, что есть 3 типа:
- Нормальный(по умолчанию) JIT
- Econo JIT
- Pre JIT
Чтобы не было необходимости постоянно проделывать эти шаги, есть способ открыть ILDasm через Visual Studio. Для этого в Visual Studio откройте External Tools в разделе Tools.
В поле “Title” дайте название “ILDasm”, а для поля “Arguments” выберите значение, которое видите на скриншоте, после нажмите на многоточия поля “Command” и найдите папку, где находится ildasm.exe в операционной системе(у меня путь к нему был таким C:\Program Files (x86)\Microsoft SDKs\Windows\v10.0A\bin\NETFX 4.6.1 Tools), выберите нужный файл.
Сохраните изменения и после этого в разделе “Tools” появится ILDasm.
Видео курсы по схожей тематике:
Примечание
Eсли присмотреться к картинке сверху, можно увидеть дату релиза фреймворка .NET версии 4.6.1
Автоматическая сборка мусора
Цель автоматической сборки мусора состоит в том, чтобы освобождать память во время работы программы автономно, тем самым освобождая разработчиков от этой проблемы, которая требует довольно больших усилий. С этой стороны, C# - противоположность известного языка C++, который требует вручную освобождать память при написании программы. Проще говоря, в случае C++ при выполнении программы память освобождается в соответствии командам, которые дали сборщику мусора разработчики и соответственно это приводит к быстродействию программы, а в случае C# сам CLR решает, когда и как освобождать память, но это отрицательно влияет на скорость выполнения кода.
Важным аспектом, который на мой взгляд должен знать каждый начинающий C# разработчик, является понятие поколений. Объекты, созданные в ходе выполнения программы, хранятся в управляемой куче, в которой разделяются 3 поколения (поколение 0,1,2), их размер устанавливает CLR.
В первой хранятся только что созданные объекты, когда в нем не хватает места для новых объектов, сборщик мусора очищает ненужные, чтобы освободить память, а оставшиеся перемещает в поколение 1. Если в следующий раз при работе сборщика в поколении 0 будет достаточно свободного места для новых объектов, поколение 1 останется нетронутым, даже если там существуют объекты, являющиеся мусором. Но как только при очистке поколения 0 не освободится достаточно памяти для новых объектов, сборщик мусора вместе с поколением 0 очистит и его.
Все объекты, которые переживут очистку в поколении 1, перейдут в поколение 2. Если дойдет до того, что начнется чистка в поколении 2, объекты, пережившие ее, останутся там же. Этим способом осуществляется очистка так называемых малых объектов, но существуют также большие объекты, размер которых достигает 85000 байт и выше. Они сразу помещаются в поколении 2.
Такой способ освобождения памяти повышает производительность, так как делать очистку и сжатие (дефрагментация) памяти в отдельной части управляемой кучи получится быстрее, чем сразу во всей куче.
Читая эту статью, можно было подумать, что сборщик мусора работает полностью без вмешательства разработчиков, но это не совсем так. Существует статический класс GC, в котором реализованы ряд статических методов и одно свойство, которые дают возможность поработать со сборщиком мусора.
Это было все, что я хотел сказать, если тема вам интересна, прочитайте и выполните задания, приведенные ниже.
Самостоятельная работа
Прочитайте об этих понятиях
- Высокоуровневое/низкоуровневое программирование
- IDE/Text Editor, различия между ними
- Манифест сборки
- Ассемблер, различие от IL
- Управляемый/неуправляемый код, для чего реализован интерфейс IDisposable
Бесплатные вебинары по схожей тематике:
Полезные ресурсы
Очень рекомендую изучить материалы о сборке мусора в руководстве Microsoft по .NET и прочесть главу 21 книги Дж. Рихтера “CLR via C#”. Их довольно трудно усвоить, но если прочтете 2-3 раза, во многом разберетесь, я сам пользовался ими для этой статьи. С их помощью узнаете, в каких случаях, кроме переполнения памяти, производится очистка памяти, узнаете о режимах сборки мусора, получите больше информации о куче больших объектов, увидите примеры использования класса GC. Кстати, на сайте ITVDN можете найти обзор книги Рихтера от Александра Шевчука.
Автор: Vahram Papazyan
Статьи по схожей тематике
