.NET中的Span和Memory：高性能内存操作的瑞士军刀

Span<T>和Memory<T>提供高效内存操作，Span<T>适用于栈上安全切片，避免拷贝，提升性能；Memory<T>支持跨方法边界和异步场景，结合ArrayPool<T>可复用内存，减少GC压力，优化高频调用路径。

在处理高性能场景时，如何高效地操作内存一直是 .NET 开发中的关键问题。Span<T> 和 Memory<T> 的引入，正是为了解决传统数组和集合在堆分配、复制和跨 API 边界传递时带来的性能损耗。它们就像是 .NET 中的“瑞士军刀”，为开发者提供了灵活又高效的内存访问方式。

Span<T>：栈上安全的内存切片

Span<T> 是一个 ref 结构（ref struct），用于表示一段连续的内存区域，可以指向数组、原生内存或栈上分配的数据。它的最大优势在于避免了不必要的内存拷贝，并且可以在不改变数据源的情况下进行切片操作。

由于 Span<T> 是 ref struct，它只能在栈上使用，不能被装箱、不能作为泛型参数传递给可能产生堆分配的类型（如 List<Span<T>>），也不能实现接口。这种限制确保了其高性能的同时也保证了内存安全。

• 从数组创建 Span：int[] arr = {1, 2, 3}; var span = arr.AsSpan();
• 切片操作：var subSpan = span.Slice(1, 2); // 取索引1开始的两个元素
• 栈上分配：Span<byte> stackSpan = stackalloc byte[256];

Memory<T>：可跨方法边界的内存抽象

当需要将内存片段传递到异步方法或长期持有时，Span<T> 就不再适用，因为它不能离开当前栈帧。这时 Memory<T> 就派上用场了。Memory<T> 是一个普通的结构体，可以表示托管堆上的数组、非托管内存或由 MemoryManager<T> 管理的自定义内存块。

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Memory<T> 支持异步操作，比如在网络流读取中返回 Memory<byte>，供后续处理使用。通过 GetSpan() 方法可以获得底层的 Span<T>，从而在局部范围内享受 Span 的高性能操作。

• 异步读取文件或网络流时复用内存池（ArrayPool<T>.Shared）
• 解析大型文本或二进制协议时分段处理
• 与 unsafe 代码交互时包装指针内存

性能对比与最佳实践

相比传统的 Substring 或 Array.Copy，Span<T> 和 Memory<T> 几乎零成本地实现了内存视图的分割与共享。尤其在高频调用路径中，减少 GC 压力和内存复制能显著提升吞吐量。

• 在同步、局部作用域优先使用 Span<T>
• 涉及异步、需跨方法传递时使用 Memory<T>
• 结合 System.Buffers 包中的 ArrayPool<T> 实现内存复用
• 避免频繁将 Memory<T> 转为 Span<T> 在循环外保存 Span

基本上就这些。掌握 Span 和 Memory，意味着你掌握了现代 .NET 高性能编程的一把关键钥匙。用好它们，让内存操作更轻快、更可控。不复杂但容易忽略。

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