【CLR】JIT和NGen

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catshitone 2022-01-12 10:51:03 ©著作权

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JIT的工作流程

JIT（Just in time)即时编译器：在执行时负责把编译生成的IL代码转换成本机代码（CPU指令）。对于以下代码来说：

void Main()
{
	Console.WriteLine("hello");
	Console.WriteLine("word");
}

当执行Main方法时，CLR会检测Main所使用到的类型，并分配一个数据结构用来存储对这些类型的访问。这段代码里只涉及到了Console类，所以Console类的所有方法都被存到了那个数据结构里，每个方法都是一个记录项，每个记录项都有一个地址，可根据这个地址找到方法的实现。每个记录项指向一个被称为JITCompiler的CLR函数。

当首次调用到Console的WriteLine方法时，JITCompiler函数就会被调用，并将IL代码编译成CPU指令。具体JITCompiler函数干了以下这几件事：

在Console类中，查找WriteLine这个方法。
从元数据中获取这个方法的IL代码。
分配内存块
将IL代码编译成本机代码，并将这些指令存储到上一步分配的内存里。
修改记录项，将指向从JITCompiler改为内存块地址。
跳转到内存块中的本机代码。

当再次调用Console的WriteLine方法时，发现内存块里已经有WriteLine方法的本机代码了，所以就跳过JITCompiler函数，直接执行内存里的本机代码。

所以对同一个方法来说，只有第一次执行时会需要JIT编译，所以比较慢。

本机代码生成器：NGen.exe

正是JIT有第一次执行慢和额外耗费一点内存的问题，所以就有了NGen，当软件安装到用户的计算机上时，NGen就可以将IL代码编译成本机代码（JIT是在运行时才编译）。所以即使是第一次运行，速度也很快。而且没有IL代码，也不存在代码泄露问题。但这些只是看起来很美好，它还有如下几个问题：

许多人以为只要发布由NGen生成的文件而不发布哪些IL代码的文件就能防止代码泄露。但这是不可能的，在运行的时候CLR要求访问程序集的元数据（用户反射和序列化等功能），所以你还得把IL代码发上去。
CLR因为某些原因没法使用NGen生成的这些文件，此时就需要JIT和IL代码文件。具体有以下几个原因：
- CLR版本不一样，CPU类型不一样，Windows操作系统版本不一样。
- 程序集的ID不一样（重新编译会引起改变），引用的程序集的ID不一样，安全性发生了改变（如吊销了之前授予的权限）
可能有较差的执行性能：NGen不能优化使用特定的CPU指令。静态字段的实际地址因为只能在运行时确定，所以只能间接访问静态字段不能直接访问，等等。测试表明，在某些情况下NGen编译的程序相对于JIT来说反而会慢5%左右。

正式如此，对于NGen的使用需要格外谨慎，而且必须经过严格的测试。对于服务端程序来说NGen的作用并不明显，因为只有第一个客户请求时会感到性能下降，后续请求都是直接从内存里拿本机代码执行，所以执行很快。对于客户端程序来说NGen也许能提高启动速度。