GO性能优化小结

1 内存优化

1.1 小对象合并成结构体一次分配,减少内存分配次数

做过C/C++的同学可能知道,小对象在堆上频繁地申请释放,会造成内存碎片(有的叫空洞),导致分配大的对象时无法申请到连续的内存空间,一般建议是采用内存池。Go runtime底层也采用内存池,但每个span大小为4k,同时维护一个cache。cache有一个0到n的list数组,list数组的每个单元挂载的是一个链表,链表的每个节点就是一块可用的内存,同一链表中的所有节点内存块都是大小相等的;但是不同链表的内存大小是不等的,也就是说list数组的一个单元存储的是一类固定大小的内存块,不同单元里存储的内存块大小是不等的。这就说明cache缓存的是不同类大小的内存对象,当然想申请的内存大小最接近于哪类缓存内存块时,就分配哪类内存块。当cache不够再向spanalloc中分配。

建议:小对象合并成结构体一次分配,示意如下:

替换为:

1.2 缓存区内容一次分配足够大小空间,并适当复用

在协议编解码时,需要频繁地操作[]byte,可以使用bytes.Buffer或其它byte缓存区对象。

建议:bytes.Buffert等通过预先分配足够大的内存,避免当Grow时动态申请内存,这样可以减少内存分配次数。同时对于byte缓存区对象考虑适当地复用。

1.3 slice和map采make创建时,预估大小指定容量

slice和map与数组不一样,不存在固定空间大小,可以根据增加元素来动态扩容。

slice初始会指定一个数组,当对slice进行append等操作时,当容量不够时,会自动扩容:

  • 如果新的大小是当前大小2倍以上,则容量增涨为新的大小;
  • 否而循环以下操作:如果当前容量小于1024,按2倍增加;否则每次按当前容量1/4增涨,直到增涨的容量超过或等新大小。

map的扩容比较复杂,每次扩容会增加到上次容量的2倍。它的结构体中有一个buckets和oldbuckets,用于实现增量扩容:

  • 正常情况下,直接使用buckets,oldbuckets为空;
  • 如果正在扩容,则oldbuckets不为空,buckets是oldbuckets的2倍,

建议:初始化时预估大小指定容量

1.4 长调用栈避免申请较多的临时对象

goroutine的调用栈默认大小是4K(1.7修改为2K),它采用连续栈机制,当栈空间不够时,Go runtime会不停扩容:

  • 当栈空间不够时,按2倍增加,原有栈的变量崆直接copy到新的栈空间,变量指针指向新的空间地址;
  • 退栈会释放栈空间的占用,GC时发现栈空间占用不到1/4时,则栈空间减少一半。

比如栈的最终大小2M,则极端情况下,就会有10次的扩栈操作,这会带来性能下降。

建议:

  • 控制调用栈和函数的复杂度,不要在一个goroutine做完所有逻辑;
  • 如查的确需要长调用栈,而考虑goroutine池化,避免频繁创建goroutine带来栈空间的变化。

1.5 避免频繁创建临时对象

Go在GC时会引发stop the world,即暂停所有用户逻辑线程。虽1.7版本已大幅优化GC性能,1.8甚至量坏情况下GC为100us。但暂停时间还是取决于临时对象的个数,临时对象数量越多,暂停时间可能越长,并消耗CPU。

建议:GC优化方式是尽可能地减少临时对象的个数:

  • 尽量使用局部变量(栈上分配)
  • 多个局部变量合并一个大的结构体或数组(类似于1.1),减少扫描对象的次数,一次回尽可能多的内存。

2 并发优化

2.1 高并发的任务处理使用goroutine池

goroutine虽轻量,但对于高并发的轻量任务处理,频繁来创建goroutine来执行,执行效率并不会太高效:

  • 过多的goroutine创建,会影响go runtime对goroutine调度,以及GC消耗;
  • 高并时若出现调用异常阻塞积压,大量的goroutine短时间积压可能导致程序崩溃。

2.2 避免高并发调用同步系统接口

goroutine的实现,是通过同步来模拟异步操作。在如下操作操作不会阻塞go runtime的线程调度:

  • 网络IO
  • channel
  • time.sleep
  • 基于底层系统异步调用的Syscall

下面阻塞会创建新的调度线程:

  • 本地IO调用
  • 基于底层系统同步调用的Syscall
  • CGo方式调用C语言动态库中的调用IO或其它阻塞

网络IO可以基于epoll的异步机制(或kqueue等异步机制),但对于一些系统函数并没有提供异步机制。例如常见的posix api中,对文件的操作就是同步操作。虽有开源的fileepoll来模拟异步文件操作。但Go的Syscall还是依赖底层的操作系统的API。系统API没有异步,Go也做不了异步化处理。

建议:把涉及到同步调用的goroutine,隔离到可控的goroutine中,而不是直接高并的goroutine调用。

2.3 高并发时避免共享对象互斥

传统多线程编程时,当并发冲突在4~8线程时,性能可能会出现拐点。Go中的推荐是不要通过共享内存来通讯,Go创建goroutine非常容易,当大量goroutine共享同一互斥对象时,也会在某一数量的goroutine出在拐点。

建议:

1)、goroutine尽量独立,无冲突地执行;若goroutine间存在冲突,则可以采分区来控制goroutine的并发个数,减少同一互斥对象冲突并发数。

2)、采用分区,将需要互斥保护的数据,分成多个固定分区(建议是2的整数倍,如256),访问时先定位分区(不互斥),这样就可降低多个Go程竞争1个数据分区的概率。

3 其它优化

3.1 避免使用CGO或者减少CGO调用次数

GO可以调用C库函数,但Go带有垃圾收集器且Go的栈动态增涨,但这些无法与C无缝地对接。Go的环境转入C代码执行前,必须为C创建一个新的调用栈,把栈变量赋值给C调用栈,调用结束现拷贝回来。而这个调用开销也非常大,需要维护Go与C的调用上下文,两者调用栈的映射。相比直接的GO调用栈,单纯的调用栈可能有2个甚至3个数量级以上。

建议:尽量避免使用CGO,无法避免时,要减少跨CGO的调用次数。

3.2 减少[]byte与string之间转换,尽量采用[]byte来字符串处理

GO里面的string类型是一个不可变类型,不像c++中std:string,可以直接char*取值转化,指向同一地址内容;而GO中[]byte与string底层两个不同的结构,他们之间的转换存在实实在在的值对象拷贝,所以尽量减少这种不必要的转化

建议:存在字符串拼接等处理,尽量采用[]byte,例如:

3.3 字符串的拼接优先考虑bytes.Buffer

由于string类型是一个不可变类型,但拼接会创建新的string。GO中字符串拼接常见有如下几种方式:

  • string + 操作 :导致多次对象的分配与值拷贝
  • fmt.Sprintf :会动态解析参数,效率好不哪去
  • strings.Join :内部是[]byte的append
  • bytes.Buffer :可以预先分配大小,减少对象分配与拷贝

建议:对于高性能要求,优先考虑bytes.Buffer,预先分配大小。非关键路径,视简洁使用。fmt.Sprintf可以简化不同类型转换与拼接。

 

 

 

 

 

参考链接:

https://www.cnblogs.com/zhangboyu/p/7456609.html

https://zhuanlan.zhihu.com/p/21514693

 

 

 

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