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.NET7如何優(yōu)化Guid.Equals性能

更新時間：2025年11月13日 08:54:32 作者：溪源More

文章介紹了如何使用SIMD優(yōu)化.NET7中的Guid.Equals()方法性能,通過將Guid定義為值類型并使用Vector128.LoadUnsafe方法加載內(nèi)存中的數(shù)據(jù),可以實(shí)現(xiàn)高效的比較操作,感興趣的朋友跟隨小編一起看看吧

簡介

在之前的文章中，我們多次提到 Vector - SIMD 技術(shù)，也答應(yīng)大家在后面分享更多.NET7 中優(yōu)化的例子，今天就帶來一個使用 SIMD 優(yōu)化Guid.Equals()方法性能的例子。

為什么 Guid 能使用 SIMD 優(yōu)化？

首先就需要介紹一些背景知識，那就是Guid它是什么，在我們?nèi)祟愌壑校?code>Guid就是一串字符串，如下方所示的那樣。

"D313CD46-2724-7359-84A0-9E73C861CCD2"

而在定義中，全局唯一標(biāo)識符（GUID，Globally Unique Identifier）是一種由算法生成的二進(jìn)制長度為128 位的數(shù)字標(biāo)識符。GUID 主要用于在擁有多個節(jié)點(diǎn)、多臺計算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中。在理想情況下，任何計算機(jī)和計算機(jī)集群都不會生成兩個相同的 GUID。GUID 的總數(shù)達(dá)到了 2^128（3.4×10^38）個，所以隨機(jī)生成兩個相同 GUID 的可能性非常小，但并不為 0。GUID 一詞有時也專指微軟對 UUID 標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)。

大家可以看到我著重標(biāo)記了它的位數(shù)是128 位，128 位意味著什么？就是如果比較兩個 Guid 是否相等的話，不管是 64 位 CPU 還是 32 位的 CPU 需要多條指令比較多次。如果我們用上了 Vector？是不是會有更好的性能呢？

首先我們來看看 Guid 是如何定義的，看看能不能直接讀取 128 位數(shù)據(jù)，從而用上 Vector。Guid 它是值類型的，是一個結(jié)構(gòu)體。代碼如下所示，我省略了部分信息。

public readonly partial struct Guid
    {
        ...
        private readonly int _a;   // Do not rename (binary serialization)
        private readonly short _b; // Do not rename (binary serialization)
        private readonly short _c; // Do not rename (binary serialization)
        private readonly byte _d;  // Do not rename (binary serialization)
        private readonly byte _e;  // Do not rename (binary serialization)
        private readonly byte _f;  // Do not rename (binary serialization)
        private readonly byte _g;  // Do not rename (binary serialization)
        private readonly byte _h;  // Do not rename (binary serialization)
        private readonly byte _i;  // Do not rename (binary serialization)
        private readonly byte _j;  // Do not rename (binary serialization)
        private readonly byte _k;  // Do not rename (binary serialization)
        ...
    }

可以看到它由 1 個 32 位 int，2 個 16 位的 short 和 8 個 8 位的 byte 組成，至于為什么需要這樣組成，其實(shí)是一個標(biāo)準(zhǔn)化的東西，為了在生成和序列化時更快。

我們使用ObjectLayoutInspector可以打印出 Guid 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)結(jié)果如下圖所示，和我們源碼里面看到的一致：

那么 Guid 是否能使用 SIMD 優(yōu)化的結(jié)論顯而易見：

Guid 有 128 位，現(xiàn)在 CPU 都是 64 位或者 32 位，還存在提升空間
Guid 是結(jié)構(gòu)體類型，結(jié)構(gòu)體類型在內(nèi)存中是連續(xù)存儲，我們可以直接讀取內(nèi)存來訪問整個結(jié)構(gòu)體

SIMD 優(yōu)化代碼

根據(jù)我們前面文章中，Min 和 Max 方法在.NET7 被優(yōu)化的經(jīng)驗，我們可以直接寫下面這樣的代碼。

[MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
private static bool EqualsCore(in Guid left, in Guid right)
{
    // 檢測硬件是否支持Vector128
    if (Vector128.IsHardwareAccelerated)
    {
        // 支持Vector128就好辦了，直接加載比較
        return Vector128.LoadUnsafe(ref Unsafe.As<Guid, byte>(ref Unsafe.AsRef(in left))) == Vector128.LoadUnsafe(ref Unsafe.As<Guid, byte>(ref Unsafe.AsRef(in right)));
    }
    // 如果不支持，那么從Guid頭部讀取內(nèi)存
    // 32位比較四次
    ref int rA = ref Unsafe.AsRef(in left._a);
    ref int rB = ref Unsafe.AsRef(in right._a);
    return rA == rB
        && Unsafe.Add(ref rA, 1) == Unsafe.Add(ref rB, 1)
        && Unsafe.Add(ref rA, 2) == Unsafe.Add(ref rB, 2)
        && Unsafe.Add(ref rA, 3) == Unsafe.Add(ref rB, 3);
}

在上面的代碼中，我們可以看到不僅提供了 Vector 加速的方案，還有不支持回退的場景。不過那段 Vector 代碼是不是不太好理解？我們逐個部分來解析一下。我們首先看左右的部分，右邊也是同樣的意思Vector128.LoadUnsafe(ref Unsafe.As<Guid, byte>(ref Unsafe.AsRef(in left)))。

ref Unsafe.AsRef(in left) 是獲取 left Guid 它的首地址指針，此時返回的其實(shí)是Guid*
ref Unsafe.As<Guid, byte>(...) 將Guid*指針轉(zhuǎn)換為byte*指針
Vector128.LoadUnsafe(...) 由于 Guid 已經(jīng)變?yōu)?Byte 指針，所以就能直接 LoadUnsafe 了

最后 right Guid 也使用相同的方式加載，最后使用==比較兩個Vector是否相等就好了。其實(shí)==還使用了CompareEqual和MoveMask兩個指令，只是在.NET7 中 JIT 會把兩個向量的比較給優(yōu)化。看下方圖片中紅色框標(biāo)記的部分，就是這兩個指令。

那么.NET6 下==沒有優(yōu)化，那該怎么辦呢？根據(jù)這里的匯編指令，Meziantou^[1]大佬給出了.NET6 下同樣功效的優(yōu)化代碼：

static class GuidExtensions
{
    public static bool OptimizedGuidEquals(in Guid left, in Guid right)
    {
        if (Sse2.IsSupported)
        {
            Vector128<byte> leftVector = Unsafe.ReadUnaligned<Vector128<byte>>(
                ref Unsafe.As<Guid, byte>(
                    ref Unsafe.AsRef(in left)));
            Vector128<byte> rightVector = Unsafe.ReadUnaligned<Vector128<byte>>(
                ref Unsafe.As<Guid, byte>(
                    ref Unsafe.AsRef(in right)));
            // 使用Sse2.CompareEqual()比較是否相等，它的返回值是一個128位向量，如果相等，該位置返回0xffff，否則返回0x0
            // CompareEqual的結(jié)果是128位的，我們可以通過Sse2.MoveMask()來重新排列成16位，最終看是否等于0xffff就好
            var equals = Sse2.CompareEqual(leftVector, rightVector);
            var result = Sse2.MoveMask(equals);
            return (result & 0xFFFF) == 0xFFFF;
        }
        return left == right;
    }
}

從下圖的匯編代碼中，可以看到是一樣的效果：