。NET Core中如何分配连续和固定内存

Question

我正在一个物理仿真项目中，性能至关重要，我认为内存管理是一个瓶颈。目前，我有包含固定数量的刚体，粒子和力的缓冲对象。在开始模拟之前，所有物理实体都在其缓冲区中初始化。当需要一个实体时，选择第一个不活动的实体，否则选择最旧的实体，并且当不再需要它时，将其移到末尾，因此所有活动实体都被放在前面。

这是我正在使用的数据结构。

public sealed class Buffer<TValue> : IEnumerable<BufferElement<TValue>> where TValue : new()
{
    public Buffer(int capacity)
    {
        Count = 0;
        Capacity = capacity;
        Elements = new BufferElement<TValue>[capacity];

        for (var index = 0; index < Elements.Length; index++)
        {
            Elements[index] = new BufferElement<TValue>();
        }
    }

    public int Count { get; private set; }

    public int Capacity { get; private set; }

    private int ActiveCount { get; set; }

    private BufferElement<TValue>[] Elements { get; }

    public BufferElement<TValue> Activate()
    {
        if (Count == ActiveCount) Count = 0;

        var bufferElement = Elements[Count++];

        if (!bufferElement.Active)
        {
            bufferElement.Active = true;
            ActiveCount++;
        }

        return bufferElement;
    }

    public void Deactivate(BufferElement element)
    {
        if (!element.Active) return;

        element.Active = false;

        var lhs = element.Index;
        var rhs = --ActiveCount;

        Elements[lhs] = Elements[rhs];
        Elements[rhs] = element;

        Elements[lhs].Index = lhs;
        Elements[rhs].Index = rhs;
    }
}

阅读了.NET Core如何处理数组后，可能有两件事。第一种是每次访问数组中的元素时，它都会执行安全检查，第二种是GC可以将数组复制到新的内存地址。

我希望所有包含物理实体的缓冲区不进行任何安全检查，并尽可能固定在连续内存中。我相信这应该是可能的，因为每个缓冲区的大小都是固定的，并且元素（刚体，粒子，力）的大小也都是固定的。

[C＃中似乎有很多管理内存的方法，而且我很难确定在这种情况下哪种方法对我合适。

• Pointer
• Marshal
• Memory

现在，问题归结为三个部分：

1. 可以这样做吗？
2. 如果是这样，管理内存的最佳方法是什么？
3. 而且，正确的实现会是什么样？

Answer 1

首先，是的，可以做到。第二，best确实取决于，因为存在许多折衷，并且这很快成为opinionated帖子。第三，最简便的选择是使用fixed关键字在unsafe上下文中分配数组（此处没有对数组进行安全检查，也不允许您使用C样式的指针）并固定其地址，以便它不会尽管使用Span或Memory可能会更容易，但是如果正确使用fixed和unsafe的低级方法可以产生更好的性能。看看this，它是官方文档，上面有完整的示例。最后一个技巧是尝试切换到struct而不是如果可能，它们没有内存开销，并且具有更高的内存密度，从而产生了更好的缓存访问时间，因为还有更多的缓存可以使用。