第五部分：C#最佳实践与展望

第13章：代码优化与设计模式

13.1 性能优化技巧

1. 避免不必要的对象分配

  • 字符串操作优化：使用 StringBuilder 替代频繁的字符串拼接（+ 操作符），尤其在循环中。
  • 结构体 vs 类：对于小型、不可变的数据，优先使用 struct 减少堆内存分配。
  • 对象池模式：复用对象（如数据库连接、线程等）以减少 GC 压力。

2. 集合与数据结构的优化

  • 选择合适的集合类型：
    • List<T>：适合随机访问和遍历。
    • Dictionary<TKey, TValue>：适合快速键值查找。
    • Span<T> 或 Memory<T>：减少数据拷贝，提升内存效率。
  • 预分配集合容量：若已知集合大小，初始化时指定容量（如 new List<T>(1000)）避免动态扩容开销。

3. 异步与多线程优化

  • 避免阻塞调用：使用 async/await 替代 .Result 或 .Wait() 防止线程死锁。
  • 并行化计算：对 CPU 密集型任务使用 Parallel.For 或 Parallel.ForEach。
  • 取消任务：通过 CancellationToken 及时终止长时间运行的任务。

4. 内存管理

  • Dispose 模式：及时释放非托管资源（文件句柄、数据库连接等），实现 IDisposable 接口。
  • GC 调优：减少大对象分配（LOH），避免频繁触发 GC。

5. 算法与逻辑优化

  • 缓存计算结果：对重复计算使用缓存（如 MemoryCache 或字典）。
  • 延迟加载：按需初始化资源（如 Lazy<T>）。
  • 减少反射：反射性能开销大，可用表达式树或代码生成替代。

6. 性能分析工具

  • Visual Studio 诊断工具：分析 CPU 使用率、内存分配等。
  • BenchmarkDotNet：精确测量代码性能。
  • PerfView：深入分析 .NET 应用性能瓶颈。

示例代码

// 使用 StringBuilder 优化字符串拼接
var sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 1000; i++) 
{
    sb.Append(i.ToString());
}
string result = sb.ToString();

// 使用 Span<T> 减少内存分配
int[] array = new int[100];
Span<int> span = array.AsSpan();
span.Fill(1); // 无需创建新数组

关键原则

  • 测量优先：优化前先用工具定位瓶颈。
  • 权衡可读性与性能：避免过度优化导致代码难以维护。
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