一次性能提升300%的优化实践

性能优化一般都是从性能瓶颈开始。项目中有这样一个控件，它包含很多个Item，每个Item字体可能相同，也可能不同。且该控件经常在同一个Form上大量使用。正是这个控件在使用GDI画每个Item的文字时，出现了性能瓶颈。

IntPtr handle = font.ToHfont(); //性能瓶颈

//…

SafeNativeMethods.DeleteObject(handle);

由于该控件在使用GDI画字时，通过调用Font.ToHfont()方法获得Font的Handle。而这个方法非常慢。并且控件在画每个Item时都被调用这个方法，Form中又有很多个这样的控件，因此调用次数相当可观。这就造成了这个性能瓶颈。

由于操作系统是不允许GDI 的Handle个数大于9999的。如果大于9999个的话，程序就会崩掉。因此，我们绝对不能使程序中GDI的Handle个数与某些因素有线性增长关系。所有，一般都是在使用GDI画字时创建Handle，用完之后就删除掉。这样也可以防止GDI泄露。

考虑到很多时候，Font都是相同的，如果能将Font创建的Handle缓存起来，性能就会有很大的提升。但是，缓存的Handle不及时删除的话，如果Font不相同的太多，就有机会达到操作系统允许的最大个数，从而使程序崩溃。

以下是我的解决方案：
1，使用SafeFontHandle类来防止GDI泄露。SafeFontHandle派生自SafeHandleZeroOrMinusOneIsInvalid，而SafeHandleZeroOrMinusOneIsInvalid又派生自CriticalFinalizerObject。GC会对CriticalFinalizerObject做特别处理，保证所有关键终止代码都有机会执行。#region The SafeFontHandle class

internal sealed class SafeFontHandle : SafeHandleZeroOrMinusOneIsInvalid

{

private SafeFontHandle()

: base(true)

{

}

public SafeFontHandle(IntPtr preexistingHandle, bool ownsHandle)

: base(ownsHandle)

{

base.SetHandle(preexistingHandle);

}

protected override bool ReleaseHandle()

{

return SafeNativeMethods.DeleteNativeFontHandle(base.handle);

}

}

#endregion

复制代码2，使用HandleCollector类防止Font的Handle超过操作系统最大限制。HandleCollector会跟踪Font的Handle，并在其达到指定阀值时强制执行垃圾回收。垃圾回收后，SafeFontHandle会释放Font的handle。 [SuppressUnmanagedCodeSecurity]

internal static class SafeNativeMethods

{

private static HandleCollector FontHandleCollector = new HandleCollector("GdiFontHandle", 500, 1000);

internal static IntPtr CreateNativeFontHandle(Font font)

{

IntPtr handle = font.ToHfont();

if (handle != IntPtr.Zero)

{

FontHandleCollector.Add();

}

return handle;

}

internal static bool DeleteNativeFontHandle(IntPtr handle)

{

bool success = DeleteObject(handle);

if (success)

{

FontHandleCollector.Remove();

}

return success;

}

[System.Runtime.InteropServices.DllImportAttribute("gdi32.dll")]

internal static extern bool DeleteObject(System.IntPtr gdiObject);

}

复制代码3，使用弱引用缓存类WeakReferenceCachePool<TKey, TItem>来缓存SafeFontHandle，这样可以不影响SafeFontHandle被GC正常垃圾回收，从而释放Font的Handle。关于弱引用缓存类WeakReferenceCachePool<TKey, TItem>，可以参考《一个弱引用缓存类》这篇文章。 internal static class SafeFontHandleFactory

{

#region Instance Data

private static WeakReferenceCachePool<Font, SafeFontHandle> _cachePool = new WeakReferenceCachePool<Font, SafeFontHandle>();

#endregion

#region Methods

public static SafeFontHandle CreateSafeFontHandle(Font font)

{

if (font == null)

{

throw new ArgumentNullException();

}

SafeFontHandle safeFontHandle = _cachePool[font];

if (safeFontHandle == null)

{

IntPtr nativeHandle = SafeNativeMethods.CreateNativeFontHandle(font);

safeFontHandle = new SafeFontHandle(nativeHandle, true);

_cachePool[font] = safeFontHandle;

}

return safeFontHandle;

}

#endregion

}

复制代码这样就成功的缓存了GDI的Handle，而且在使用完成后，GDI的Handle不会线性增长，只要有GC回收发生，GDI的Handle都会清零，或者总个数达到HandleCollector指定的阀值时，也会清零。利用GC垃圾回收机制，在性能和内存占用之间自动平衡。

性能测试如下：

不使用弱引用缓存
Time Elapsed: 350ms
CPU Cycles: 952,061,115
Gen 0: 1
Gen 1: 0
Gen 2: 0
GDI increment: 0

使用弱引用缓存
Time Elapsed: 42ms
CPU Cycles: 142,020,499
Gen 0: 0
Gen 1: 0
Gen 2: 0
GDI increment: 0

这里下载测试代码：CacheDemo.rar