Golang數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)化實(shí)踐
如果你有Golang開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，一定定義過(guò)struct類型。
但可能你不知道，通過(guò)簡(jiǎn)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(lái)看一下吧！
簡(jiǎn)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(gè)具有相同字段的結(jié)構(gòu)體。然后編寫一個(gè)簡(jiǎn)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?cè)趦?nèi)存使用方面并不一樣。
是什么原因?qū)е聝蓚€(gè)完全相似的struct消耗的內(nèi)存不同？
答案在于數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的排列方式。
簡(jiǎn)而言之，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)齊。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)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(gè)word是8個(gè)字節(jié)，而32位系統(tǒng)中，一個(gè)word是4個(gè)字節(jié)。
簡(jiǎn)而言之，CPU以其字長(zhǎng)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(gè)周期來(lái)訪問數(shù)據(jù)。
第一個(gè)周期將獲取內(nèi)存的0到7字節(jié)，下一個(gè)周期獲取其余內(nèi)存字節(jié)。
把它想象成一個(gè)筆記本，每頁(yè)只能存儲(chǔ)一個(gè)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(gè)頁(yè)，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(duì)齊，讓計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)在內(nèi)存0、2或4中，而4字節(jié)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在內(nèi)存0、4或8中。
通過(guò)簡(jiǎn)單的對(duì)齊數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)確保可以在一個(gè)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)齊的關(guān)鍵。
計(jì)算機(jī)通過(guò)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間填充額外的字節(jié)，從而對(duì)齊字段。
這就是額外內(nèi)存的來(lái)源！
我們來(lái)回顧一下BadStruct和GoodStruct。
GoodStruct消耗更少的內(nèi)存，僅僅因?yàn)榕cBadStruct相比，其struct字段順序更合理。
由于填充，兩個(gè)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(guò)對(duì)struct字段重新排序來(lái)節(jié)省額外的內(nèi)存！
這種優(yōu)化為什么重要？
問題來(lái)了，你為什么要關(guān)心這個(gè)？
兩個(gè)方面，速度和內(nèi)存使用。
我們做一個(gè)簡(jiǎn)單的基準(zhǔn)測(cè)試來(lái)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(duì)GoodStruct和BadStruct進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)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(shí)比BadStruct花費(fèi)時(shí)間更少。
對(duì)struct字段重排序可以優(yōu)化應(yīng)用程序的內(nèi)存使用和速度。
想象一下，維護(hù)一個(gè)具有大量結(jié)構(gòu)體的大型應(yīng)用程序，改變將會(huì)更為明顯。
結(jié)語(yǔ)
好了，全文到此為止，我們以一個(gè)簡(jiǎn)單的行動(dòng)呼吁來(lái)結(jié)束：一定要對(duì)struct結(jié)構(gòu)字段進(jìn)行重排序！
