C# 7 и .NET Core 2.0 Многопоточное программирование

C# 7 i .NET Core 2.0 Programowanie wielowątkowych i współbieżnych aplikacji

Mehboob Ovais, Khan Ahmed

W świecie programistów aplikacji panuje kult wydajności: najważniejsze są szybkość i efektywność działania kodu. Dostrajanie elementów dużych aplikacji staje się wirtuozerią: wymaga eliminowania wąskich gardeł, optymalizacji kodu, pilnowania każdego bitu pamięci. Niewielkie braki w rozwiązaniach w przypadku rozbudowanych systemów przeradzają się w wielkie problemy. Dla programisty oznacza to, że jeśli chce pracować na prawdziwie profesjonalnym poziomie, musi perfekcyjnie opanować zagadnienia związane ze skalarnością, z modularnością i efektywnością kodu.

Ta książka jest przeznaczona dla programistów .NET, którzy chcą przyspieszyć pracę swoich aplikacji. Opisuje nowe funkcje C# 7 i .NET Core 2.0 oraz ich wpływ na wydajność kodu. Przedstawia takie mechanizmy .NET Core jak proces kompilacji, odzyskiwanie pamięci czy wykorzystywanie wielu rdzeni procesora. Prezentuje koncepcje wielowątkowości i programowania asynchronicznego oraz wyjaśnia znaczenie optymalizacji struktur danych. Omawia też wzorce i najlepsze praktyki projektowania aplikacji w .NET Core, a także zagadnienia bezpieczeństwa i elastyczności oraz architektury mikrousług. Wiedza zawarta w książce pozwoli na pisanie modularnych, skalowalnych, bezpiecznych i niezależnie wdrażanych aplikacji.

W tej książce między innymi:

• nowości w C# 7 i .NET Core 2.0
• struktury danych i optymalizacja kodu w C#
• zarządzanie pamięcią i zapobieganie wyciekom pamięci
• zapewnianie odporności na błędy aplikacji
• narzędzia do monitorowania wydajności aplikacji: App Metrics, InfluxDB i Grafana
• wytyczne projektowania i dobre praktyki programistyczne

C# i .NET Core: wielowątkowość - współbieżność - wydajność!

O autorze

Ovais Mehboob Ahmed Khan jest architektem z 14-letnim doświadczeniem w programowaniu, a także autorem książek i innych publikacji technicznych. Pracował w kilku firmach informatycznych w Pakistanie, USA oraz na Bliskim Wschodzie. Obecnie jest zatrudniony w państwowej firmie w Dubaju. Otrzymał tytuł MVP. Specjalizuje się w takich technologiach jak Microsoft .NET, chmura i tworzenie aplikacji internetowych.

Spis treści

O autorze 7

O recenzencie 8

Wstęp 9

Rozdział 1. Co nowego w .NET Core 2 i C# 7? 13

• Rozwój frameworka .NET 13
• Nowości w .NET Core 2.0 15

  Poprawki wydajności 15

  Uproszczony system pakietów 17

• Ścieżka aktualizacji z .NET Core 1.x do 2.0 17

  1. Instalacja .NET Core 2.0 17

  2. Zaktualizowanie TargetFramework 17

  3. Aktualizacja wersji .NET Core SDK 18

  4. Aktualizacja .NET Core CLI 18

  Zmiany w ASP.NET Core Identity 18

• Odkrywanie .NET Core CLI i szablonów nowych projektów 18
• .NET Standard 22

  Wersjonowanie .NET Standard 24

  Nowości w .NET Standard 2.0 25

• Tworzenie biblioteki .NET Standard 27
• Co nowego w ASP.NET Core 2.0? 27

  ASP.NET Core Razor Pages 27

  Uproszczona konfiguracja Application Insights 28

  Pule połączeń w Entity Framework Core 2.0 29

• Nowe funkcje w C# 7.0 29

  Krotki 30

  Wzorce 31

  Zwracanie referencji 32

  Rozszerzone wyrażenia typu expression bodied member 32

  Tworzenie lokalnych funkcji 33

  Zmienne wyjściowe 33

  Asynchroniczna metoda Main 34

• Pisanie kodu wysokiej jakości 35
• Podsumowanie 38

Rozdział 2. Mechanizmy wewnętrzne .NET Core i mierzenie wydajności 39

• Mechanizmy wewnętrzne .NET Core 40

  CoreFX 40

  CoreCLR 40

  Działanie MSIL, CLI, CTS i CLS 41

  Jak działa CLR? 42

  Od kompilacji do wykonania - pod maską 42

  Mechanizm odzyskiwania pamięci (ang. garbage collection) 43

  .NET Native i kompilacja JIT 46

• Wykorzystywanie wielu rdzeni CPU dla większej wydajności 46
• Jak kompilacje w trybie wydania zwiększają wydajność 48
• Testy porównawcze aplikacji .NET Core 2.0 49

  Poznawanie BenchmarkDotNet 49

  Jak to działa 51

  Ustawianie parametrów 51

  Diagnostyka pamięci z użyciem BenchmarkDotNet 53

  Dodawanie konfiguracji 53

• Podsumowanie 55

Rozdział 3. Wielowątkowość i programowanie asynchroniczne w .NET Core 57

• Wielowątkowość kontra programowanie asynchroniczne 58
• Wielowątkowość w .NET Core 60

  Zastrzeżenia w wielowątkowości 60

  Wątki w .NET Core 61

  Synchronizacja wątków 64

  Task parallel library (TPL) 70

  Wzorce projektowe programowania równoległego 77

• Podsumowanie 83

Rozdział 4. Struktury danych i pisanie zoptymalizowanego kodu C# 85

• Czym są struktury danych? 86
• Notacja wielkiego O do mierzenia wydajności i złożoności algorytmu 88

  Logarytmy 90

• Wybieranie odpowiedniej struktury danych do optymalizacji wydajności 91

  Tablice 91

  Listy 92

  Stosy 93

  Kolejka 94

  Listy łączone 95

  Słowniki, tablice haszujące i zbiory haszujące 96

  Listy generyczne 96

• Najlepsze praktyki pisania zoptymalizowanego kodu C# 97

  Narzut pakowania i rozpakowywania 98

  Konkatenacja łańcuchów znaków 100

  Obsługa wyjątków 101

  For i foreach 102

  Delegaty 103

• Podsumowanie 104

Rozdział 5. Wytyczne projektowania wydajnych aplikacji .NET Core 105

• Zasady kodowania 106

  Konwencje nazewnicze 106

  Komentarze 107

  Jedna klasa na plik 107

  Jedna logika na metodę 107

• Zasady projektowania 108

  KISS (Keep It Simple, Stupid) 108

  YAGNI (You Aren't Gonna Need It) 109

  DRY (Don't Repeat Yourself) 109

  Podział odpowiedzialności 109

  Zasady SOLID 110

  Buforowanie 121

  Struktury danych 122

  Komunikacja 122

  Zarządzanie zasobami 123

  Współbieżność 124

• Podsumowanie 125

Rozdział 6. Techniki zarządzania pamięcią w .NET Core 127

• Przegląd zarządzania alokacją pamięci 128
• Analizowanie mechanizmów wewnętrznych CLR przez debuger SOS w .NET Core 128
• Fragmentacja pamięci 132
• Unikanie destruktorów 133
• Najlepsze praktyki zwalniania obiektów w .NET Core 135

  Wstęp do interfejsu IDisposable 135

  Czym są niezarządzane zasoby? 135

  Wykorzystywanie IDisposable 136

  Kiedy implementować interfejs IDisposable? 137

  Destruktor i Dispose 138

• Podsumowanie 140

Rozdział 7. Stosowanie zabezpieczeń i implementowanie odporności na błędy w aplikacjach .NET Core 141

• Wprowadzenie do aplikacji odpornych na błędy 142

  Polityki odporności 142

• Przechowywanie danych wrażliwych z wykorzystaniem Application Secrets 158
• Zabezpieczanie API w ASP.NET Core 161

  SSL (ang. Secure Socket Layer) 161

  Zapobieganie atakom CSRF (ang. Cross-Site Request Forgery) 163

  Wzmacnianie nagłówków bezpieczeństwa 163

  Uwierzytelnianie i autoryzacja 168

  Uwierzytelnianie 169

  Autoryzacja 169

  Implementacja uwierzytelniania i autoryzacji z użyciem frameworka ASP.NET Core Identity 169

• Podsumowanie 173

Rozdział 8. Architektura mikrousług 175

• Architektura mikrousług 176

  Zalety architektury mikrousług 177

  Standardowe praktyki podczas tworzenia mikrousług 178

  Typy mikrousług 179

  DDD 179

  Manipulowanie danymi w mikrousługach 179

  Spójność w różnych scenariuszach biznesowych 180

  Komunikacja z mikrousługami 181

  Architektura baz danych w mikrousługach 182

  Czym jest kompozycja API? 183

  CQRS 184

• Tworzenie architektury mikrousług w .NET Core 185

  Tworzenie przykładowej aplikacji w .NET Core z wykorzystaniem architektury mikrousług 185

• Wdrażanie mikrousług w kontenerach Docker 210

  Czym jest Docker? 211

  Korzystanie z Dockera w .NET Core 212

  Uruchamianie obrazów Dockera 214

• Podsumowanie 214

Rozdział 9. Monitorowanie wydajności aplikacji z wykorzystaniem narzędzi 215

• Kluczowe wskaźniki wydajności aplikacji 216

  Średni czas odpowiedzi 216

  Apdex 216

  Odsetek błędów 216

  Liczba żądań 216

  Przepustowość/punkty końcowe 217

  Wykorzystanie procesora i pamięci 217

• Narzędzia i techniki monitorowania wydajności 217

  Wstęp do App Metrics 217

  Konfigurowanie App Metrics w ASP.NET Core 217

  Śledzące oprogramowanie pośredniczące 218

  Dodawanie raportów graficznych 220

• Podsumowanie 229

Skorowidz 231