[翻译].NET 8 的原生AOT及高性能Web开发中的应用[附性能测试结果]

原文: [A Dive into .Net 8 Native AOT and Efficient Web Development]
作者: [sharmila subbiah]

引言

随着 .NET 8 的发布，微软迈出了重要一步，为 ASP.NET Core 引入了原生的 Ahead-of-Time (AOT) 编译。这一进步不仅提高了应用程序的性能，还简化了开发过程，标志着 .NET 生态系统进入了新的时代。

.NET 8中原生AOT的出现

.NET 8 引入了原生 AOT，这对 Web 开发人员来说是一个重大改变。该技术将 .NET 代码直接编译为原生代码，无需在运行时进行即时 (JIT) 编译。结果如何？启动时间更快、内存占用更少、以及整体改善的应用程序性能升，这对于高流量 Web API 和微服务尤其重要。

探索 ASP.NET Core Web API (Native AOT) 项目模板

.NET 8 引入了一个专门为原生 AOT 设计的全新项目模板 - "ASP.NET Core Web API (native AOT)" 项目模板。
此模板的简称为“webapiaot”，默认启用 AOT 发布。它是为希望从项目一开始就充分利用 AOT 编译潜力的开发人员量身定制的。此更新中的两个新功能是CreateSlimBuilder() 和CreateEmptyBuilder()方法。

CreateSlimBuilder 方法: 优化性能

CreateSlimBuilder 方法体现了微软致力于高性能开发的决心。它仅初始化 WebApplicationBuilder 中运行应用程序所需的基本 ASP.NET Core 功能。这个方法不仅简化了开发过程，而且确保应用程序保持轻量级和高性能。
CreateSlimBuilder 方法中包含的主要功能包括：

• appsettings.json 和 appsettings.{EnvironmentName}.json 的 JSON 文件配置，实现强大而灵活的配置管理。
• 集成用户机密配置，增强开发环境的安全性。
• 内置控制台日志记录，方便直接调试和监控。
• 全面的日志配置，为开发人员提供对应用程序行为的关键监控。

var builder = WebApplication.CreateSlimBuilder(args);

var app = builder.Build();

app.MapGet("/"， () => "Hello World!");

app.Run();

但是，CreateSlimBuilder 这个极简方法省略了传统的 Startup.cs 文件，需要开发人员进行显式配置。它还删除了 EventLog、Debug 提供程序和 EventSource 主机 - 这些组件如果需要的话必须手动添加。还有一个比较重要的是，它没有开箱即用的 IIS、HTTPS、HTTP3 或完整的 Kestrel 服务器配置支持，需要开发人员有意添加这些功能来加强通信安全性和服务器健壮性。

这些可以通过显式添加到配置中来实现，例如看下面的示例如何实现这些自定义:

using Microsoft.AspNetCore.Routing.Constraints;

var builder = WebApplication.CreateSlimBuilder(args);

//http3 customization
builder.WebHost.UseQuic();

//Https customization
builder.WebHost.UseKestrelHttpsConfiguration();

//Regex customization
builder.Services.AddRouting().Configure<RouteOptions>(x =>
{
    x.SetParameterPolicy<RegexInlineRouteConstraint>("Regex");
});

var app = builder.Build();

app.MapGet("/"， () => "Hello World!");

app.Run();

CreateEmptyBuilder 方法: 最纯粹的定制

.NET 8 的 CreateEmptyBuilder 方法体现了定制化的极致。它为开发者提供了一张白纸，让他们可以创造出定制化、小规模的应用程序。这反映了简单性和自主性的最高境界 - 只有开发者选择的组件才会被包含其中。

var builder = WebApplication.CreateEmptyBuilder(new WebApplicationOptions
{
    Args =args
});

var app = builder.Build();

app.MapGet("/"， () => "Hello World!");

app.Run();

为了确保应用程序正常运行，必须手动配置每个组件。如果在没有配置的情况下尝试执行上述代码，将发生错误。下面是一个正确的例子。

using Microsoft.AspNetCore.Routing.Constraints;

var builder = WebApplication.CreateEmptyBuilder(new WebApplicationOptions
{
    Args = args
});
builder.WebHost.UseKestrelCore();
builder.Services.AddRoutingCore();

var app = builder.Build();

app.MapGet("/"， () => "Hello World!");

app.Run();

性能测试结果： .NET 8 中的 Builder 方法

using BenchmarkDotNet.Attributes;
using Microsoft.AspNetCore.Routing.Constraints;
using System.Collections.Generic;

namespace NewAppTypes
{
    [MemoryDiagnoser]
    public class BenchMarks
    {
        public string[]? Args { get; private set; }

        [Benchmark]
        public void CreateBuilder()
        {
            var builder = WebApplication.CreateBuilder(Args);
            var app = builder.Build();
            builder.WebHost.UseUrls("http://*:80"， "https://*.443");


            app.MapGet("/"， () => "Hello World!");

        }

        [Benchmark]
        public void CreateSlimBuilder()
        {
            var builder = WebApplication.CreateSlimBuilder(Args);

            //http3 customization
            builder.WebHost.UseQuic();

            //Https customization
            builder.WebHost.UseKestrelHttpsConfiguration();

            //Regex customization
            builder.Services.AddRouting().Configure<RouteOptions>(x =>
            {
                x.SetParameterPolicy<RegexInlineRouteConstraint>("Regex");
            });

            var app = builder.Build();
            builder.WebHost.UseUrls("http://*:80"， "https://*.443");
            app.MapGet("/"， () => "Hello World!");

        }

        [Benchmark]
        public void CreateEmptyBuilder()
        {
            var builder = WebApplication.CreateEmptyBuilder(new WebApplicationOptions
            {
                Args = Args
            });
            builder.WebHost.UseKestrelCore();
            builder.Services.AddRoutingCore();

            var app = builder.Build();
            builder.WebHost.UseUrls("http://*:80"， "https://*.443");
            app.MapGet("/"， () => "Hello World!");

        }

    }
}

性能测试结果揭示了一些有趣的性能数据。从结果中，我们可以观察到以下内容:

• CreateBuilder 方法: 这是用于初始化 web 应用程序的标准方法，显示平均执行时间为 2682.3 微秒(us)，分配内存约为 536.26 KB。这种方法设置了完整的 web 托管环境，具有所有默认服务和配置。执行时间和内存分配反映了这种全面性。

• CreateSlimBuilder 方法: 优化后的 CreateSlimBuilder 方法记录了更快的平均执行时间为 1604.4 us，比 CreateBuilder 方法快约 40%。它还分配了更少的内存，约为 428.34 KB。这种性能提升可归因于减少了默认服务和配置的数量，这与该方法旨在提供更简化的启动过程的设计保持一致。

• CreateEmptyBuilder 方法: 最简化的方法 CreateEmptyBuilder 展示了最快的平均执行时间为 121.3 us，明显快于其他两种方法。它还具有最低的内存占用，仅分配了 107.78 KB 左右。这突出了该方法的精简初始化策略，只包括显式定义的服务和配置。

标准差表明了多次运行中执行时间的可变性，其中 CreateBuilder 具有最高的可变性。这可能是由于要加载和配置的组件较多，这可能会导致初始化时间出现更多波动。

这些性能测试表明 CreateSlimBuilder，CreateEmptyBuilder 与传统 CreateBuilder 方法相比，它们具有显著的性能优势。当性能是关键因素时，开发人员应该考虑这些选项，特别是在启动时间和内存效率至关重要的环境中。

但需要注意的是，这些性能改进是以功能为代价的。虽然CreateEmptyBuilder提供了最快的启动速度和最低的资源消耗，但它要求开发人员手动配置所有必需的服务，这可能会增加开发的复杂性和时间。CreateSlimBuilder提供了一个折衷方案，提供了一些默认配置，同时仍允许更精简的应用程序设置。

结论

在 .NET 8 中，Builder 方法的选择不仅仅是一个技术决策，而是一个受项目独特需求影响的战略决策。性能测试为这一选择提供了量化基础，确保开发人员能够做出符合他们性能目标和开发理念的决策。

有关更多资料，请参阅 Microsoft Docs. (2023). “ASP.NET Core 8.0 release notes., https://learn.microsoft.com/en-us/aspnet/core/fundamentals/native-aot?view=aspnetcore-8.0,The 2 New Web Application Types Added in .NET 8