如何证明.NET CLR JIT在每次运行时只编译每个方法一次？

Question

如何证明.NET CLR JIT在每次运行时只编译每个方法一次？

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有一个旧问题询问C#是否每次都进行JIT编译，著名的Jon Skeet回答说：“只要我们谈论的是没有NGENed的桌面应用程序，它只会编译一次”。我想知道这个2009年的信息是否仍然正确，我想通过实验和调试来弄清楚这一点，可能需要在JITter上设置断点，并使用WinDbg命令检查对象和方法。

到目前为止我的研究

我知道.NET内存布局考虑了每个对象的头（位于地址A-4）和方法表（位于地址A+0），然后才是实际数据（位于地址A+4）。因此，每个对象都可能具有不同的方法表，因此可以具有不同的JIT方法。

为什么我对该语句的正确性表示怀疑？

我们进行了并行编程的研讨会，培训师声称每个线程的每个对象都会进行JIT编译。这显然对我来说毫无意义，我能够编写一个反例应用程序。

很不幸，以下其他主题也出现了，我也想写一个演示：

新的.NET框架
应用程序域
代码访问安全性

链接的答案是在.NET 3.5发布时编写的。自那以后它没有实质性地改变过，即它没有为.NET 4.0、4.6和4.6接收更新。

关于应用程序域，我个人认为我可以卸载应用程序域，这将卸载程序集。如果一个程序集被卸载了，它就不存在了，IL代码也随之消失。因此，我可以想象创建一个应用程序域并重新加载程序集可能会导致再次JIT方法。

关于代码访问安全性，我不确定JIT编译器是否根据当前权限考虑它，或者它是否在运行时通过反射完成。如果它是由JIT编译器完成的，那么编译后的代码将有所不同，取决于权限集。

- Thomas Weller

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我不明白代码访问安全性如何改变将IL转换为实际代码的方式，我认为新框架并没有改变关于何时JIT的决策（但引入了新的JIT编译器）。但是你提到的应用程序域似乎提出了一个真正的新方面，这是尚未解决的。 - Damien_The_Unbeliever

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对我来说，为什么需要证明这一点并不是很明显。该声明确实不正确（躲闪闪电的攻击），通用代码会被JIT编译器编译多次。一个副本处理任何引用类型参数，另外为每个不同的值类型参数创建额外的副本。当然，对于应用程序域，LoaderOptimization适用。有分析器回调函数告诉您JIT正在处理什么，ICorProfilerCallback::JITCompilationStarted()和ICorProfilerCallback4::ReJITCompilationStarted()。 - Hans Passant

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除了Hans的评论之外，在.NET 4.5中，托管分析器可以请求运行时重新编译方法（以便可以以不同的方式进行检测）。还有一种情况是，运行时可以在正在编译的过程中开始编译一个方法。 - Brian Reichle

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使用ETW来捕获.NET Jit事件（https://dev59.com/CIrda4cB1Zd3GeqPS_T4#30289933）。在配置文件中，将0x8008替换为0x8018以捕获Jit事件。现在您可以看到带有调用堆栈的加载器、Jit和异常数据。现在观察Jit何时发生。 - magicandre1981

@MatíasFidemraizer：我看过了，可以看到他在链接的答案中留下了评论。看起来他没有足够的知识进行更新。 - Thomas Weller

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1个回答

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可以查看英文原文，
原文链接

- Hadi Brais · Accepted Answer

JIT的“设计原则”是编译一个方法（对于泛型方法实例化）一次，并重复使用相同的本机代码。当然，实现非常复杂，我会尝试简化答案而不影响准确性。自.NET 2.0以来，所有版本的运行时都是相同的，直到最新的.NET 4.6（我不知道.NET 1.x，可能也是这样）。

运行时分析器回调和 ETW 事件的文档不够完善。它们都在尝试 JIT 编译时发生，但并不一定成功。有三种情况可能会发生这种情况：1- 方法未能满足某些安全要求，2- 方法的验证失败，3- 无法分配内存来保存要发出的本机代码。因此，JIT 启动回调和事件可能会高估方法实际编译的次数。同样地，JIT 完成回调和事件也不准确。很少有情况下它们可能会低估同一方法成功编译的次数。值得一提的是，此时 # of Methods JITted performance counter 准确报告了所有 IL 方法在进程的所有应用程序域中共同编译的次数。

对于特定于应用程序域的程序集，方法在每个应用程序域中单独编译。没有共享（尽管有时可能在技术上是可能的）。对于特定于应用程序域的程序集，运行时会尝试编译每个方法一次，并与所有应用程序域共享本机代码。

如何证明.NET CLR JIT在每次运行中只编译每个方法一次？

在某些情况下（例如使用后台JIT和其他极其微妙的情况），某个方法可能会在没有执行的情况下被编译。因此，说每个方法在每次运行中都被编译一次是不准确的。

您可以参考CoreCLR JIT源代码以获取更多信息（JIT与.NET Framework 4.5+中使用的JIT相同，但本答案适用于旧版本，因为JIT触发机制基本相同）。源代码就是证明。

“每个对象每个线程都会被JIT编译”是没有意义的。编译的范围是应用程序域。