【5min+】閃電光速拳？ .NetCore 中的Span

系列介紹

簡介

【五分鐘的DotNet】是一個利用您的碎片化時間來學習和豐富.net知識的博文系列。它所包含了.net體系中可能會涉及到的方方面面，好比C#的小細節，AspnetCore，微服務中的.net知識等等。
5min+不是超過5分鐘的意思，"+"是知識的增長。so，它是讓您花費5分鐘如下的時間來提高您的知識儲備量。

正文

在dotnet core2.x以後，引入了一個叫作Span<T>的類型。若是您的項目已經升級到了新版的dotnet core 以及使用C# 7+。您會發現咱們曾經使用的許許多多類型都增長了一個擴展方法「AsSpan()」。在Vs中小手一點就會出現：

var s = ("xxx").AsSpan();
var s1 = new byte[10].AsSpan();
//.......more

那麼這個傢伙究竟是個什麼東西？怎麼用呢？

先來扒一扒它的內部方法：

public readonly ref struct Span<T>
{
    public void Clear();
    public void CopyTo([NullableAttribute(new[] { 0, 1 })] Span<T> destination);
    public void Fill(T value);
    public Enumerator GetEnumerator();
    public Span<T> Slice(int start, int length);
    public T[] ToArray();
    public override string ToString();

    //.....
}

這裏只展現它部分的方法，可是關鍵的一點咱們能夠看到：它是一個結構性（struct 關鍵字）。

並且！！並且！！！ 你沒看錯，它還加了一個ref關鍵字。

因此按照咱們在上一篇文章中介紹過的 .net中的棧和堆，咱們猜測這種結構類型的數據應該是存放在內存棧中，具備很快的訪問速度。並且它擁有了ref關鍵字，證實它具備ref結構體的特色:

• 不能對 ref struct 裝箱
• ref struct 類型不能實現接口
• 不能將 ref struct 聲明爲類或常規結構的字段成員
• 不能聲明異步方法中屬於 ref struct 類型的本地變量
• 沒法在迭代器中聲明 ref struct 本地變量
• 沒法捕獲 Lambda 表達式或本地函數中的 ref struct 變量

並且根據它公開的這些方法，咱們會發現它有點相似咱們經常使用的幾個基礎類型：string 、 byte[] ……。

因此直覺告訴咱們，它應該是一個拿來存放數據的類型。

so，來看看MSDN - Magazine中它的解釋：

System.Span<T> 是在 .NET 中發揮關鍵做用的新值類型。使用它，能夠表示任意內存的相鄰區域，不管相應內存是與託管對象相關聯，仍是經過互操做由本機代碼提供，亦或是位於堆棧上。除了具備上述用途外，它仍能確保安全訪問和高性能特性，就像數組同樣。

果不其然，和咱們猜測的同樣。那麼它出現的意義是什麼呢？ 性能！！！！

並且是超級快的性能。你們都知道以往若是咱們想提升數據間的操做效率（好比數據偏移、裁剪等），就只能使用指針來操做內存中的數據。這樣雖然一波操做猛如虎，可是寫起來費勁不說，咱們還得將傳統的C#代碼設置爲不安全代碼，除了添加unsafe關鍵字以外還須要打開項目中執行不安全代碼的選項。

因此，有沒有辦法既不操做指針而又有高性能呢？ 好吧，Span大爺來了。

Span在C# 7.x中被引入，因此它的年齡還算比較小，也是由於這些緣由。以往的項目可能沒有辦法使用它。

它到底有多快

你們通常都是想直接看東西，因此我寫了一份對比的代碼。功能很簡單，都是截取字符串中的一部分代碼，而且進行屢次的循環操做。

執行結果我都驚呆了：

是的，您沒有看錯。差距不是通常的大。

其實剛開始我覺得Span並無什麼做用，由於我將數據源（圖中的compareStr）僅僅設置爲了幾個單詞。而後對他們進行了1億的循環操做，可是最後的結果只有很小的差距，不到百分之30。

後來我想了一下，應該讓數據更貼近現實，因而就將一張圖片轉換爲base64而後做爲數據源。結果驚呆了，差了接近百倍。並且隨着循環次數和對數據源的操做次數的增多，Span和傳統字符串之間的性能差距更大。

傳說中的閃電光速拳到底有多快呢

它爲何這麼快

它與傳統的string操做比起來爲何會具備這麼快的速度呢？ 按照咱們以前的一些猜測和msdn所給出的一點信息，咱們能夠獲得如下的結論：

• 它分配堆棧上而不是在託管堆。
• 它所建立的數據是內存連續的，所以具備更快的遍歷速度。

這些特色和string等原有類型比起來就很是的具備優點了：原來對string操做涉及到大量的字符串分配和內存複製。因此當操做的數據量小的時候還好，可是隨着操做次數和處理數據量的增長以後，這是很是消耗性能的。

Span會給咱們帶來什麼

那麼，既然它擁有如此高的性能，那麼咱們該在什麼地方使用它呢？

這很簡單，若是您之前有對大量字符串進行截取或者處理的地方，通常均可以替換爲Span。（爲何是通常呢😏）

除了string能夠轉換爲span以外，其它的byte[]，char[]等等均可以轉換爲span進行操做。因此這是很是值得高興的一件事情，它會爲咱們數據處理帶來顯著的性能提高。好比字節流緩衝，視頻流的處理，數據的加密解密等等操做均可以使用Span來完成了。

so,在如今的.NETCore runtime中，您會發現大量的類中都開始使用了Span。

並且，Span爲咱們實現了Explicit 和 Implicit，因此咱們能夠直接將支持的數組類型賦值給Span： (若是您不瞭解這兩個關鍵字：戳這兒)

var arr = new byte[10];
Span<byte> bytes = arr; // 直接將byte[]賦值給Span

心動了嗎？瞭解如下Span，而且嘗試着使用它吧。

可是，請注意！！ Span也是具備缺點的：由於只能存放在內存棧中，因此它不具備線程安全，它沒法跨異步操做。還有它ref結構的緣由，沒法裝箱拆箱等。

那麼若是咱們須要跨線程共享數據，又想擁有高性能怎麼辦呢？ 別急，下一期我們再來談。😜

最後，小聲說一句：創做不易，點個推薦吧😇