这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第4篇笔记
00 追求极致性能
性能优化
- 提升软件系统处理能力，减少不必要的消耗，充分发挥计算机能力
- 用户体验提升，资源高效利用
性能优化的层面
性能优化与软件质量
- 软件质量至关重要
- 在保证接口稳定的前提下改进具体实现
- 测试用例：覆盖尽可能多的场景，方便回归
- 文档：做了什么，没做什么，能达到怎样的效果
- 隔离：通过选项控制是否开启优化
- 可观测：必要的日志输出
01 自动内存管理
1.1自动管理内存
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动态内存
- 程序在运行时根据需求动态分配的内存：malloc()
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自动内存管理（垃圾回收）：由程序语言的运行时系统回收动态内存
- 避免手动内存管理，专注于实现业务逻辑
- 保证内存使用的正确性和安全性：double-free problem，use-after-free problem
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三个任务
- 为新对象分配空间
- 找到存活对象
- 回收死亡对象的内存空间
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相关概念
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Mutator：业务线程，分配新对象，修改对象指向关系
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Collector：GC线程，找到存活对象，回收死亡对象的内存空间
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Serial GC：只有一个collector
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Parallel GC：支持多个collectors同时回收的GC算法
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Concurrent GC：mutator(s) 和 collector(s)可以同时执行
- Collectors必须感知对象指向关系的改变！
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评价GC算法
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安全性、吞吐率、暂停时间、内存开销
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The Garbage Collection Handbook
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1.2 追踪垃圾回收
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对象被回收的条件：指针指向关系不可达的对象
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标记根对象
- 静态变量、全局变量、常量、线程栈等
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标记：找到可达对象
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清理：所有不可达对象
1.3 分代GC（Generational GC）
- 分代假说：most objects die young
- 每个对象都有年龄：经历过GC的次数
- 目的：针对年轻和老年的对象，制定不同的GC策略，降低整体内存管理的开销
- 不同年龄的对象处于heap的不同区域
1.4 引用计数
- 每个对象都有一个与之关联的引用数目
- 对象存活的条件：当且仅当引用数大于 0
02 Go内存管理及优化
2.1 Go内存分配
分块
- 目标：为对象在 heap 上分配内存
- 提前将内存分块
- 对象分配：根据对象的大小，选择最合适的块返回
缓存
Go 内存管理构成了多级缓存机制，从 OS 分配得的内存被内存管理回收后，也不会立刻归还给 OS，而是在 Go runtime 内部先缓存起来，从而避免频繁向 OS 申请内存。
2.2 Go内存管理优化
- 对象分配是非常高频的操作：每秒分配 GB 级别的内存
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小对象占比高
- 优化分配小对象是关键
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Go内存分配比较耗时
2.3 字节跳动的优化方案
Balanced GC
03 编译器和静态分析
3.1 编译器的结构
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重要的系统软件
- 识别符合语法和非法的程序
- 生成正确且高效的代码
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分析部分（前端front end）
- 词法分析，生成词素（lexeme）
- 语法分析，生成语法树
- 语义分析，收集类型信息，进行语义检查
- 中间代码生成，生成intermediate representation（IR）
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综合部分（后端back end）
- 代码优化，机器无关优化，生成优化后的IR
- 代码生成，生成目标代码
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3.2 静态分析
- 静态分析：不执行代码，推导程序的行为，分析程序的性质。
- 控制流：程序的执行流程
- 数据流：数据在控制流上的传递
3.3 过程内分析和过程间分析
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过程内分析
- 仅在函数内部进行分析
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过程间分析
- 考虑过程调用时参数传递和返回值的数据流和控制流
- 需要同时分析控制流和数据流——联合求解，比较复杂
04 Go编译器优化
4.1 函数内联（Inlining）
定义：将被调用函数的函数体的副本替换到调用位置上，同时重写代码以反映参数的绑定
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优点
- 消除调用开销
- 将过程间分析的问题转换为过程内分析，帮助其他分析
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缺点
- 函数体变大
- 编译生成的 Go 镜像文件变大
函数内联在大多数情况下是正向优化，多内联，会提升性能
4.2 逃逸分析
定义：分析代码中指针的动态作用域，即指针在何处可以被访问
优化：未逃逸出当前函数的指针指向的对象可以在栈上分配
- 对象在栈上分配和回收很快：移动 sp 即可完成内存的分配和回收；
- 减少在堆上分配对象，降低 GC 负担。
