一次性能提升300%的优化实践-优快云博客

本文介绍了一种针对GDI字体渲染性能瓶颈的解决方案，通过使用SafeFontHandle类、HandleCollector类及弱引用缓存，有效避免了GDI资源泄露并显著提升了渲染性能。

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

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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