Golang 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化實踐
如果你有Golang開發(fā)經(jīng)驗，一定定義過struct類型。
但可能你不知道，通過簡單的重新排序struct字段，可以極大提高Go程序的速度和內(nèi)存使用效率！
是不是難以置信？我們一起來看一下吧！
簡單Demo
type BadStruct struct {
age uint8
passportNum uint64
siblings uint16
}
type GoodStruct struct {
age uint8
siblings uint16
passportNum uint64
}在上面的代碼片段中，我們創(chuàng)建了兩個具有相同字段的結(jié)構(gòu)體。然后編寫一個簡單程序分別輸出其內(nèi)存使用情況。
// Output
Bad struct is 24 bytes long
Good struct is 16 bytes long如你所見，它們在內(nèi)存使用方面并不一樣。
是什么原因?qū)е聝蓚€完全相似的struct消耗的內(nèi)存不同？
答案在于數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)存中的排列方式。
簡而言之，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊
CPU以字(word)為單位讀取數(shù)據(jù)，而不是字節(jié)(byte)。
64位系統(tǒng)中，一個word是8個字節(jié)，而32位系統(tǒng)中，一個word是4個字節(jié)。
簡而言之，CPU以其字長的倍數(shù)讀取內(nèi)存地址。
想象一下，在64位系統(tǒng)中，為了獲取變量passportNum，CPU需要兩個周期來訪問數(shù)據(jù)。
第一個周期將獲取內(nèi)存的0到7字節(jié)，下一個周期獲取其余內(nèi)存字節(jié)。
把它想象成一個筆記本，每頁只能存儲一個字大小的數(shù)據(jù)(在本例中為8字節(jié))。如果passportNum分散在兩個頁，則需要兩次讀取才能檢索到完整的數(shù)據(jù)。
非常低效。
因此需要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊，讓計算機將數(shù)據(jù)存儲在等于數(shù)據(jù)大小倍數(shù)的地址上。
4字節(jié)數(shù)據(jù)只能從內(nèi)存地址0或4開始
例如，2字節(jié)數(shù)據(jù)可以存儲在內(nèi)存0、2或4中，而4字節(jié)數(shù)據(jù)可以存儲在內(nèi)存0、4或8中。
通過簡單的對齊數(shù)據(jù)，計算機確保可以在一個CPU周期內(nèi)檢索到變量passportNum。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)填充
填充是實現(xiàn)數(shù)據(jù)對齊的關(guān)鍵。
計算機通過在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間填充額外的字節(jié)，從而對齊字段。
這就是額外內(nèi)存的來源！
我們來回顧一下BadStruct和GoodStruct。
GoodStruct消耗更少的內(nèi)存，僅僅因為與BadStruct相比，其struct字段順序更合理。
由于填充，兩個13字節(jié)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分別變成了16字節(jié)和24字節(jié)。
因此，可以僅僅通過對struct字段重新排序來節(jié)省額外的內(nèi)存！
這種優(yōu)化為什么重要？
問題來了，你為什么要關(guān)心這個？
兩個方面，速度和內(nèi)存使用。
我們做一個簡單的基準測試來證明！
func traverseGoodStruct() uint16 {
var arbitraryNum uint16
for _, goodStruct := range GoodStructArr {
arbitraryNum += goodStruct.siblings
}
return arbitraryNum
}
func traverseBadStruct() uint16 {
var arbitraryNum uint16
for _, badStruct := range BadStructArr {
arbitraryNum += badStruct.siblings
}
return arbitraryNum
}
func BenchmarkTraverseGoodStruct(b *testing.B) {
for n := 0; n < b.N; n++ {
traverseGoodStruct()
}
}
func BenchmarkTraverseBadStruct(b *testing.B) {
for n := 0; n < b.N; n++ {
traverseBadStruct()
}
}對GoodStruct和BadStruct進行基準測試的方法是循環(huán)遍歷數(shù)組，并將struct字段累加到變量中。
從結(jié)果中可以看出，遍歷GoodStruct確實比BadStruct花費時間更少。
對struct字段重排序可以優(yōu)化應用程序的內(nèi)存使用和速度。
想象一下，維護一個具有大量結(jié)構(gòu)體的大型應用程序，改變將會更為明顯。
結(jié)語
好了，全文到此為止，我們以一個簡單的行動呼吁來結(jié)束:
一定要對struct結(jié)構(gòu)字段進行重排序！
參考資料
[1]How to Speed Up Your Struct in Golang: https://betterprogramming.pub/how-to-speed-up-your-struct-in-golang-76b846209587
