メモリトラフィックを最適化する

サンプルアプリケーション

従来、このチュートリアルで使用するサンプルアプリケーションは、コンウェイのライフゲームです。始める前に、github(英語) からアプリケーションをダウンロードしてください。

このアプリケーションは多数のオブジェクト（セル）で動作するため、これらのオブジェクトがどのように割り当てられ、収集されるかのダイナミクスを調べることは興味深いでしょう。

ステップ 1. dotMemory を実行

1. Visual Studio で Game of Life ソリューションを開きます。

2. メニュー ReSharper | プロファイル | スタートアッププロジェクトのメモリプロファイリングを実行しています ... を使用して dotMemory を実行します。

   

3. 開いたプロファイラ設定ウィンドウで、開始からメモリ割り当てとトラフィックデータを収集するを選択します。これにより、dotMemory はアプリ起動後にプロファイリング情報の収集を開始します。これは、オプションを指定した後のウィンドウの外観です。

   

4. プロファイリングセッションを開始するには、実行をクリックします。これによりアプリケーションが起動し、dotMemory のメインの分析 #1 ページが開きます:

   

5. タイムラインを表示するには、dotMemory のメインウィンドウに切り替えます。タイムラインには、アプリケーションのメモリ使用量がリアルタイムで表示されます。具体的には、アンマネージメモリ *、Gen0、Gen1、Gen2 ヒープおよびラージオブジェクトヒープの現在のサイズの詳細を提供します。生命のゲームが始まるまでは、メモリの消費は止まっています。

   

ステップ 2. スナップショットを取得する

アプリケーションの起動後、メモリスナップショットの取得を開始できます。アプリケーションの動作のダイナミックスを調べたいため、少なくとも 2 つのスナップショットを取る必要があります。スナップショットを取得するまでの時間間隔は、さらにメモリトラフィック分析の対象となります。

当然のことながら、分配の大部分が発生した場合、Game of Life の操作の間、両方のスナップショットを取らなければなりません。Game of Life の第 30 世代と第 100 世代の第 2 世代のスナップショットを撮りましょう。

1. アプリケーションの開始ボタンを使用してゲームを開始します。

2. 世代カウンタ（アプリの右上）が 30 * に達すると、dotMemory のスナップショットを取得するボタンをクリックします。

   

   タイムラインを見ると、アプリケーションがリアルタイムでメモリをどのように消費するかが分かります。アプリケーションが新しいオブジェクトを割り当てると、メモリ消費量が増加します（Gen0 ダイアグラムが大きくなります）。ガベージコレクションが行われると、メモリ消費量が減少します。その結果、タイムラインは鋸のようなパターンに従います。

3. 世代カウンタが 100 に達すると、もう一度 dotMemory のスナップショットを取得するボタンを使用して 1 つのスナップショットを取得します。

4. Game of Life アプリを終了してプロファイリングセッションを終了します。メインページには 2 つのスナップショットが含まれています。

   

ステップ 3. メモリトラフィックを分析する

ここでは、スナップショットを取得するまでの時間間隔でのメモリトラフィックを見ていきます。

1. 両方のスナップショットが比較領域に追加されていることを確認します（比較に追加が両方とも選択されています）。

   

2. 比較領域でメモリトラフィックを表示するをクリックすると、メモリトラフィックビューが開きます。ビューには、スナップショット #1 とスナップショット #2 の間に作成された特定のタイプのオブジェクトの数が表示されます。

   

3. リストを参照してください。GameOfLife.Cell * objects の割り当てのために、メモリトラフィック全体の約 50% である 27 MB 以上が発生します。同時に、これらのセルの大部分、26+ MB も同様に収集された。Game of Life の全期間にわたってセルが存在しなければならないため、非常に奇妙です。これらのコレクションがアプリケーションのパフォーマンスを傷つけていることは間違いありません。これらの Cell オブジェクトがどこから来たのか調べてみましょう。

4. GameOfLife.Cell クラスの行をクリックします。この画面の下部にあるリストは、オブジェクトを作成した機能（バックトレース）を示しています。どうやら、これは Grid クラスの CalculateNextGeneration() メソッドです。コード内で見つけよう。

   

5. Visual Studio で GameOfLife ソリューションを開きます。

6. Grid クラスの実装を含む Grid.cs ファイルを開きます。

   

7. CalculateNextGeneration(int row, int column) メソッドを探します。

   public Cell CalculateNextGeneration(int row, int column) { bool alive; int count, age; alive = _cells[row, column].IsAlive; age = _cells[row, column].Age; count = CountNeighbors(row, column); if (alive && count < 2) return new Cell(row, column, 0, false); if (alive && (count == 2 || count == 3)) { _cells[row, column].Age++; return new Cell(row, column, _cells[row, column].Age, true); } if (alive && count > 3) return new Cell(row, column, 0, false); if (!alive && count == 3) return new Cell(row, column, 0, true); return new Cell(row, column, 0, false); }

   このメソッドは、次世代の Game of Life の Cell オブジェクトを計算して返します。しかし、これは高メモリトラフィックを説明するものではありません。dotMemory に戻り、CalculateNextGeneration メソッドを呼び出す関数を見てみましょう。

8. dotMemory では、CalculateNextGeneration メソッドを展開して、スタック内の次の関数を表示します。Grid クラスの Update メソッドです。

   

9. コード内でこのメソッドを見つける:

   public void Update() { for (int i = 0; i < SizeX; i++) { for (int j = 0; j < SizeY; j++) { _nextGenerationCells[i, j] = CalculateNextGeneration(i,j); } } UpdateToNextGeneration(); }

   これにより、メモリトラフィックが多い原因がついに明らかになります。次世代のライフゲーム用のセルを格納する Cell タイプの nextGenerationCells 配列があります。世代が更新されるたびに、この配列のセルは新しいセルに置き換えられます。前世代から残ったセルは不要になり、しばらくすると GC によって収集されます。明らかに、配列はアプリケーションの存続期間全体にわたって存在するため、_nextGenerationCells 配列を毎回新しいセルで埋める必要はありません。大量のメモリトラフィックを取り除くには、新しいセルを作成するのではなく、既存のセルのプロパティを新しい値で更新する必要があります。コードでこれを実行しましょう。

10. 実際には、アプリケーションが学習の例であるため、すでに CalculateNextGeneration メソッドの必要な実装が含まれています。このメソッドは、参照によって送信されたセルの IsAlive および Age フィールドを更新します。

    public void CalculateNextGeneration(int row, int column, ref bool isAlive, ref int age) { ... }

    この問題を修正するには、このメソッドを使用して _nextGenerationCells 配列を更新する Update() の行のコメントを解除します。最後に、Update() メソッドは次のようになります。

    public void Update() { bool alive = false; int age = 0; for (int i = 0; i < SizeX; i++) { for (int j = 0; j < SizeY; j++) { CalculateNextGeneration(i, j, ref alive, ref age); _nextGenerationCells[i, j].IsAlive = alive; _nextGenerationCells[i, j].Age = age; } } UpdateToNextGeneration(); }

    これらの変更を適用して、それらがメモリトラフィックにどのように影響するかを確認しましょう。

11. もう一度アプリケーションをビルドします。ステップ 1. dotMemory を実行とステップ 2. スナップショットを取得するで説明した手順を繰り返して、2 つの新しいスナップショットを取得します。

12. メモリトラフィックビューを開いて、収集したスナップショット間のメモリトラフィックを確認します（ステップ 3. メモリトラフィックを分析するサブステップ 1 と 2 で説明します）。

    

    GameOfLife.Cell クラスはもうリストにはありません ! その結果、全体のトラフィックが 40% 減少し（33MB まで）、これは非常に優れた最適化です。