1. درک عمیق از .NET runtime و JIT Compiler

قبل از اینکه به ترفندها بپردازیم، مهم است که درک درستی از نحوه اجرای کدهای C# داشته باشیم. کد C# ابتدا به Intermediate Language (IL) تبدیل می‌شود. سپس، Just-In-Time (JIT) Compiler این کد IL را در زمان اجرا به کد ماشین (Native Code) تبدیل می‌کند. JIT Compiler هوشمند است و بهینه‌سازی‌های بسیاری را به‌صورت خودکار انجام می‌دهد. با این حال، رفتار آن را می‌توان با انتخاب‌های کدنویسی خود تحت تأثیر قرار داد.

2. بهینه‌سازی تخصیص حافظه (Memory Allocation)

تخصیص و آزادسازی حافظه (Garbage Collection) می‌تواند یکی از بزرگ‌ترین موانع در مسیر پرفورمنس باشد. هر بار که یک شی جدید در حافظه (Heap) ایجاد می‌کنید، Garbage Collector (GC) باید در نهایت آن را پاک کند، که این فرآیند زمان‌بر است.

استفاده از Stackalloc و Span

در مواقعی که نیاز به آرایه‌های موقت کوچک دارید، به جای ایجاد آن‌ها در Heap، می‌توانید از stackalloc استفاده کنید. stackalloc حافظه را در Stack تخصیص می‌دهد که فرآیند بسیار سریع‌تری است و GC نیز به آن کاری ندارد. مثال:

// به جای:
// var array = new byte[100];
// از:
Span stackArray = stackalloc byte[100];

کلاس Span به شما اجازه می‌دهد تا بدون کپی کردن داده‌ها، با بخشی از حافظه (چه روی Stack و چه روی Heap) کار کنید. این یک ابزار فوق‌العاده برای اجتناب از تخصیص‌های اضافی حافظه است.

استفاده از struct به جای class

Class یک نوع مرجع (Reference Type) است و در Heap تخصیص داده می‌شود. در مقابل، Struct یک نوع مقدار (Value Type) است و مستقیماً روی Stack قرار می‌گیرد. برای داده‌های کوچک که قرار است در آرایه‌ها یا لیست‌ها قرار گیرند، استفاده از struct می‌تواند تخصیص حافظه را به شدت کاهش دهد. با این حال، مراقب باشید! Structهای بزرگ می‌توانند باعث کپی‌های غیرضروری شوند که خود می‌تواند عملکرد را کاهش دهد.

3. کار با رشته‌ها (Strings)

رشته‌ها در C# غیرقابل تغییر (Immutable) هستند. این یعنی هر عملیاتی مانند الحاق (concatenation) یک رشته جدید ایجاد می‌کند. مثال:

string result = "";
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
    result += "item" + i; // هر بار یک رشته جدید ایجاد می‌شود
}

این کد بسیار ناکارآمد است. به جای آن، باید از کلاس StringBuilder استفاده کنید که بهینه‌تر عمل می‌کند. مثال:

var sb = new StringBuilder();
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
    sb.Append("item" + i);
}
string result = sb.ToString();

StringBuilder یک بافر داخلی را مدیریت می‌کند و از تخصیص‌های مکرر حافظه جلوگیری می‌کند.

4. اجتناب از boxing و unboxing

Boxing فرآیندی است که در آن یک نوع مقدار (Value Type) مانند int یا struct به یک نوع مرجع (Reference Type) مانند object تبدیل می‌شود. این فرآیند باعث ایجاد تخصیص حافظه در Heap می‌شود. مثال:

object obj = 123; // Boxing اتفاق می‌افتد
int number = (int)obj; // Unboxing اتفاق می‌افتد

Boxing اغلب به صورت پنهان و در مکان‌هایی مانند استفاده از object به عنوان پارامتر در متدها اتفاق می‌افتد. برای مثال، متد string.Format می‌تواند باعث boxing شود. برای جلوگیری از آن، بهتر است از رشته‌های Interpolated (با $) استفاده کنید.

5. استفاده بهینه از LINQ

Language Integrated Query (LINQ) ابزاری قدرتمند برای کار با مجموعه‌ها است. اما استفاده بی‌رویه از آن می‌تواند به قیمت پرفورمنس تمام شود. بسیاری از کوئری‌های LINQ بهینه‌سازی‌های داخلی دارند اما برخی از آن‌ها تخصیص حافظه زیادی ایجاد می‌کنند. برای مثال، .ToList() یک کپی از کل مجموعه را در حافظه ایجاد می‌کند. اگر فقط نیاز به پیمایش یک مجموعه دارید، از .AsEnumerable() یا حتی حلقه‌های ساده foreach استفاده کنید. مثال:

// به جای:
// var list = items.Where(i => i.Id > 10).ToList();
// از:
foreach (var item in items.Where(i => i.Id > 10))
{
    // انجام عملیات
}

6. بهینه‌سازی‌های سطح پایین (Low-Level Optimizations)

استفاده از in و ref برای پارامترها

به طور پیش‌فرض، پارامترهای struct به صورت کپی به متدها ارسال می‌شوند که برای structهای بزرگ می‌تواند ناکارآمد باشد. با استفاده از کلمه کلیدی in، می‌توانید یک struct را به صورت Reference به متد ارسال کنید، اما متد نمی‌تواند آن را تغییر دهد. این کار باعث می‌شود از کپی شدن داده‌ها جلوگیری شود و پرفورمنس بهبود یابد. کلمه کلیدی ref نیز به شما اجازه می‌دهد که پارامتر را به صورت Reference ارسال کنید و آن را تغییر دهید.

Cache کردن داده‌ها

اگر محاسبات سنگینی دارید که نتایج آن‌ها برای مدت زمانی ثابت است، آن‌ها را Cache کنید. این کار می‌تواند از انجام مکرر محاسبات جلوگیری کند.

7. Parallelizing و Asynchronous Programming

در دنیای مدرن، پردازنده‌ها دارای چندین هسته (Core) هستند. برای استفاده حداکثری از این توانایی، باید از پردازش موازی (Parallel Programming) استفاده کنید. Task Parallel Library (TPL) و PLINQ (Parallel LINQ) ابزارهایی قدرتمند برای انجام این کار هستند. مثال:

// Parallel.ForEach
Parallel.ForEach(items, item =>
{
    // انجام عملیات سنگین بر روی هر item
});

// PLINQ
var result = items.AsParallel().Where(i => i.Id > 10).ToList();

برای عملیات ورودی/خروجی (I/O-bound) مانند خواندن از دیسک یا فراخوانی وب‌سرویس‌ها، از Asynchronous Programming با استفاده از کلمات کلیدی async و await استفاده کنید. این کار به برنامه شما اجازه می‌دهد تا در حالی که منتظر نتیجه یک عملیات I/O است، به کار خود ادامه دهد.

نتیجه‌گیری

بهینه‌سازی پرفورمنس یک فرآیند پیچیده و مداوم است. قبل از اینکه بهینه‌سازی را شروع کنید، همیشه باید کد خود را پروفایل (Profile) کنید تا گلوگاه‌های واقعی را پیدا کنید. ابزارهایی مانند Visual Studio Profiler، BenchmarkDotNet و dotTrace به شما کمک می‌کنند تا نقاط ضعف کد خود را شناسایی کنید. با درک عمیق از عملکرد .NET runtime و اعمال این ترفندها، می‌توانید کدهای C# خود را به سطح جدیدی از سرعت و کارایی برسانید و برنامه‌هایی بسازید که هم قدرتمند و هم بهینه هستند. به خاطر داشته باشید که بهینه‌سازی باید همیشه با خوانایی کد همراه باشد. کد ناخوانا که بهینه‌سازی شده، در نهایت تبدیل به مشکلی بزرگ‌تر خواهد شد.