來自Microsoft研究院、劍橋大學和普林斯頓大學的一些研究人員構建了一個.NET的分支，實現了在運行時中添加支持手工內存管理的API。研究方法的細節及所獲得的性能提升發表在名為“Project Snowflake: Non-blocking Safe Manual Memory Management in .NET”（“雪花”項目：非阻塞的、安全的.NET手工內存管理）的論文中。
“雪花“項目意在實現.NET中的手工內存管理，這一改進被認為對一些應用是非常有用。C#、.NET等現代編程語言都采用了垃圾回收機制，使編程人員得以從管理對象的任務中解放出來，這一機制的優點廣為人知，涉及提高生產力、改進程序穩定性、內存安全及防止惡意操作等方面。但是垃圾回收機制需要付出一些性能上的代價，盡管這在很多情況下不易被察覺，但是在一些情況下還是存在問題的。“雪花”項目的研究人員就指出，對于在具有上百GB堆內存的系統上運行數據分析和流處理任務，就可受益于手工內存管理。
“雪花”項目所引入的手工內存管理是與垃圾回收機制并行工作的，開發人員一般情況下使用的是垃圾回收機制，但在環境需要時也可以選擇手工內存管理。該引入到運行時中的改進并不會對已有應用產生影響，并且會改進多線程應用的性能。“雪花”項目實現了“在程序任一位置分配和釋放獨立對象，并確保手工管理對象同樣享有完全的類型安全和時序安全，即使存在并發訪問時。”
“雪花”中提出了兩個新概念，即對象“所有者”（Owner）和“護盾”（Shield），它們實現為CoreCLR和CoreFX層級的API。“所有者”表示了棧或堆中的一個位置，保存了對手工堆中分配對象的唯一引用。“所有者”獲取自“護盾”，而引入“護盾”是為了避免手工對象在被多個線程訪問時重分配（deallocate）。“護盾”確保了當最后使用一個對象的線程重分配該對象后，才從堆中移除該對象。論文中是如下詳細闡述該機制的：
我們的解決方案……受到了無鎖數據結構研究中的“風險指針”（Hazard Pointer）這一概念的啟發。我們引入了一種機制，當線程想要通過其中一個“所有者”位置訪問手工對象時，這一意圖將會發布在線程本地狀態（TLS，Thread-Local State）中。此注冊過程可看成是創建了一個“護盾”，該“護盾”將保護對象不會被重分配，并授權發布注冊的線程可直接訪問對象，例如調用對象的方法，或是轉換（mutate）對象的字段。同時，不允許任何線程（同一線程或另一個線程）重分配對象及回收（reclaim）對象的內存。一旦客戶代碼不再需要訪問該對象，就可以釋放（dispose）“護盾”，即從對象的TLS中移除了指向該對象的引用。直接訪問從“護盾”獲取的對象是不安全的操作，因為在釋放“護盾”后，實際的重分配操作依然允許繼續。
論文中提供了一系列給定場景下的測試結果，表明使用“雪花”項目的性能相比于垃圾回收機制取得了改進。其中，“在峰值工作集上獲得了高達三倍的性能提高，在運行時上取得了兩倍的性能提高”。測試結果給出了很好的性能改進。這是因為當對象池非常大時，垃圾回收為釋放內存需要花費很多時間遍歷對象圖。
Microsoft并未詳述是否有規劃在.NET中加入“雪花”項目。但考慮到這是一種非侵入式的和安全的機制，我們希望在.NET的未來版本中能集成類似的功能。
查看英文原文： Microsoft Explores Manual Memory Management in .NET with Snowflake
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