Go的性能优化建议

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Go的性能优化建议。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

前言: \textcolor{Green}{前言:} 前言:

💞这个专栏就专门来记录一下寒假参加的第五期字节跳动训练营
💞从这个专栏里面可以迅速获得Go的知识

性能优化对于一个系统来说是非常重要的,因为我们在编写代码结束的时候有可能不会对性能有过多的关注,但是对于用户来说性能是非常重要的,我们肯定希望使用的系统是流畅的。这是一个速度决定一切的年代,只要我们的还继续在这个时代中,线下的流程与系统就在持续向线上转移,我们就会碰到性能问题。

3 性能优化建议

简介

  • 性能优化的前提是满足正确可靠、简洁清晰等质量因素
  • 性能优化是综合评估,有时候时间效率和空间效率可能对立
  • 针对 Go 语言特性,介绍 Go 相关的性能优化建议

3.1 性能优化建议 - Benchmark

如何使用

  • 性能表现需要实际数据衡量
  • Go 语言提供了支持基准性能测试的 benchmark 工具
  • go test -bench=. -benchmen
// from fib.go
func Fib(n int) int {
    if n < 2 {
        return n
    }
    return Fib(n - 1) + Fib(n - 2)
}

// from fib_test.go
func BenchmarkFib10(b *testing.B) {
    // run the Fib function b.N times
    for n := 0; n < b.N; n++ {
        Fib(10)
    }
}

结果说明

Go的性能优化建议,GO,性能优化,数据库,java,go,原力计划

  • BenchmarkFib10-8:BenchmarkFib10是测试函数名,-8 表示 GOMAXPROCS 的值为8
  • 1855870:表示一共执行 1855870次, 即 b.N 的值
  • 602.5 ns/op:表示每次执行花费 602.5 ns
  • 0 B/op:表示每次执行申请多大的内存
  • 0 allocs/op:表示每次执行申请几次内存

GOMAXPROCS 1.5版本后,默认值为CPU核数,https://pkg.go.dev/runtime#GOMAXPROCS

3.2 性能优化建议 - slice

slice 预分配内存

  • 尽可能在使用 make() 初始化切片时提供容量信息

查看下面的代码,可以发现,提供容量信息后数据明显好

func NoPreAlloc(size int) {
    data := make([]int, 0)
    for k := 0; k < size; k++ {
        data = append(data, k)
    }
}

func PreAlloc(size int) {
    data := make([]int, 0, size)
    for k := 0; k < size; k++ {
        data = append(data, k)
    }
}
BenchmarkNoPreAlloc-8 3529980 331.1 ns/op 2040 B/op 8 allocs/op
BenchmarkPreAlloc-8 11171086 107.1 ns/op 896 B/op 1 allocs/op

Go的性能优化建议,GO,性能优化,数据库,java,go,原力计划
此时我们明白了

  • 切片本质是一个数组片段的描述
    • 包括数组指针
    • 片段长度
    • 片段的容量(不改变内存分配情况下的最大长度)
  • 切片操作并不复制切片指向的元素
  • 创建一个新的切片会复用原来切片的底层数组
  •  type slice struct {
         array unsafe.Pointer
         len int
         cap int
     }
    

另一个陷阱:大内存未释放

  • 在已有切片基础上创建切片,不会创建新的底层数组
  • 场景:
    • 原切片较大,代码在原切片基础上新建小切片
    • 原底层数组在内存中有引用,得不到释放
  • 可使用 copy 替代 re-slice
func GetLastBySlice(origin []int) []int {
    return origin[len(origin)-2:]
}
func GetLastByCopy(origin []int) []int {
    result := make([]int, 2)
    copy(result, origin[len(origin)-2:])
    return result
}
func testGetLast(t *testing.T, f func([]int) []int) {
    result := make([][]int, 0)
    for k := 0; k < 100; k++ {
        origin := generateWithCap(128 * 1024) // 1M
        result = append(result, f(origin))
    }
    printMem(t)
    _ = result
}

可以查看链接直达

3.3 性能优化建议 - Map

map 预分配内存

func NoPreAlloc(size int) {
    data := make(map[int]int)
    for k := 0; k < size; k++ {
        data[i] = 1
    }
}

func PreAlloc(size int) {
    data := make(map[int]int, size)
    for k := 0; k < size; k++ {
        data[i] = 1
    }
}
BenchmarkNoPreAlloc-8 22699 51972ns/op 82327B/op 9 allocs/op
BenchmarkPreAlloc-8 123418 9622ns/op 40984B/op 2 allocs/op

分析:

  • 不断向 map 中添加元素的操作会触发 map 的扩容
  • 提前分配好空间可以减少内存拷贝和 Rehash 的消耗
  • 建议根据实际需求提前预估好需要的空间

3.4 性能优化建议 - 字符串处理

  • 常见的字符串拼接方式
func Plus(n int, str string) string {
    s := ""
    for i := 0; i < n; i++ {
        s += str
    }
}
func StrBuilder(n int, str string) string {
    var bulider strings.Builder
    for i := 0; i < n; i++ {
        builder.WriteString(str)
    }
    return builder.String()
}

使用 strings.Builder

func ByteBuffer(n int, str string) string {
    buf := new(bytes.Buffer)
    for i := 0; i < n; i++ {
        buf.WriteString(str)
    }
    return buf.String()
}
BenchmarkPlus-8 4318 280260ns/op 3212595 B/op 999 allocs/op
BenchmarkStrBulider-8 269257 2392 ns/op 26744 B/op 15 allocs/op
BenchmarkByteBuffer-8 209278 5699 ns/op 25008 B/op 9 allocs/op
  • 使用 + 拼接性能最差,strings.Builder,bytes.Buffer 相近,strings.Buffer 更快
  • 分析
    • 字符串在 Go 语言中是不可变类型,占用内存大小是固定的
    • 使用 + 每次都会重新分配内存
    • strings.Builder,bytes.Buffer 底层都是 []byte 数组
    • 内存扩容策略,不需要每次拼接重新分配内存

注意看下面的

  • bytes.Buffer 转换为字符串时重新申请了一块空间
  • strings.Builder 直接将底层的 []byte 转换成了字符串类型返回
// to build strings more efficiently, see the strings.Builder type.
func (b *Buffer) String() string {
    if b == nil {
        // Special case, useful in debugging.
        return "<nil>"
    }
    return string(b.buf[b.off:])
}

// String returns the accumulated string
func (b *Builder) String() string {
    return *(*string)(unsafe.Pointer(&b.buf))
}
func PreStrBuilder(n int, str string) string {
    var bulider strings.Builder
    builder.Grow(n * len(str))
    for i := 0; i < n; i++ {
        builder.WriteString(str)
    }
    return builder.String()
}
func PreByteBuilder(n int, str string) string {
    buf := new(bytes.Buffer)
    buf.Grow(n * len(str))
    for i := 0; i < n; i++ {
        buf .WriteString(str)
    }
    return buf .String()
}

这五个进行对比

BenchmarkPlus-8 4272 279704 ns/op 3212596 B/op 999 allocs/op
BenchmarkStrBulider-8 268747 4405 ns/op 26744 B/op 15 allocs/op
BenchmarkByteBuffer-8 4670 5670 ns/op 25008 B/op 9 allocs/op
BenchmarkPreStrBulider-8 3938 3938 ns/op 6144 B/op 1 allocs/op
BenchmarkPreByteBuffer-8 4578 4578 ns/op 12288 B/op 2 allocs/op

3.5 性能优化建议 - 空结构体

使用空结构体节省内存

  • 空结构体 struct{} 实例不占据任何的内存空间
  • 可作为各种场景下的占位符使用
    • 节省资源
    • 空结构体本身具备很强的语义,即这里不需要任何值,仅作为占位符
func EmptyStructMap(n int) {
    m := make(map[int]struct{})
    for i := 0; i < n; i++ {
        m[i] = struct{}{}
    }
}

func BoolMap(n int){
    m := make(map[int]bool)
    for i := 0; i < n; i++ {
        m[i] = false
    }
}
BenchmarkEmptyStructMap-8 2372 505970 ns/op 378864 B/op 133 allocs/op
BenchmarkBoolMap-8 2266 526095 ns/op 412362 B/op 165 allocs/op
  • 实现 Set,可以考虑用 map 来代替
  • 对于这个场景,只需要用到 map 的键,而不需要值
  • 即使是将 map 的值设置为 bool类型,也会多占据 1 个字节空间

一个开源实现:https://github.com/deckarep/golang-set/blob/main/threadunsafe.go

3.6 性能优化建议 - atomic包

如何使用 atomic 包

type atomicCounter struct {
    i int32
}
func AtomicAddOne(c *atomicCounter) {
    atomic.AddInt32(&c, i, 1)
}
type mutexCounter struct {
    i int32
    m sync.Mutex
}
func MutexAddOne(c *mutexCounter) {
    c.m.Lock()
    c.i++
    c.m.Unlock()
}
BenchmarkAtomicAddOne-8 141824372 8.045 ns/op 4 B/op 1 allocs/op
BenchmarkNutexAddOne-8 60487044 21.73 ns/op 16 B/op 1 allocs/op

使用 atomic 包文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-651769.html

  • 锁的实现是通过操作系统来实现,属于系统调用
  • atomic 操作是通过硬件实现的,效率比锁高
  • sync.Mutex 应该用来保护一段逻辑,不仅仅用于保护一个变量
  • 对于非数值操作,可以使用 atomic.Value,能承载一个 interface{}

性能优化建议小结

  • 避免常见的性能陷阱可以保证大部分程序的性能
  • 普通应用代码,不要一昧的追求程序的性能
  • 越高级的性能优化手段越容易出现问题
  • 在满足正常可靠、简洁清晰的质量要求的前提下提高程序性能

到了这里,关于Go的性能优化建议的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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