这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第3篇笔记

Go语言优化与落地实践

Go语言优化可以分为内存管理优化编译器优化自动内存管理和Go内存管理机制编译器优化的基本问题和思路性能问题和优化方案

性能优化是什么

提升软件系统处理能力，减少不必要的消耗，充分发掘计算机的算力

为什么要做性能优化

用户体验：带来体验的提升

资源高效利用：降低成本，提高效率

性能优化的层面

1 业务代码针对特定场景，具体问题，具体分析，容易获得较大性能收益

2 SDK

3 基础库

4 语言运行时（GC 调度器）解决更通用的性能问题考虑更多场景

5 OS 数据驱动优化自动化功能分析工具 pprof

在测评性能问题的时候要依靠数据而非猜测首选优化是最大瓶颈

软件质量至关重要

测试用例：覆盖尽可能多的场景，方便回归文档隔离可观测：必要的日志输出

自动内存管理

什么是自动内存管理

1 动态内存 2 程序在运行是根据需求动态分配的内存 malloc() 3 自动内存回收：由程序语言的运行时系统管理动态内存 4 避免手动管理内存，专注实现业务逻辑 5保证内存使用的正确性和安全性 double-free problem user-after-free problem 有很多问题

5 三个任务

Go内存管理

目标：为对象在heap上分配内存
提前将内存分块

调用系统调用mmap( ),向OS申请一大块内存先将内存划分成大块 mspan 再将大块继续划分成特定大小的小块，用于对象分配 noscan mspan ：分配不包含指针的对象，GC不要扫描 scan mspan 分配包含指针的对象--GC需要扫描
对象分配：根据对象的大小，选择最合适的块返回

Go内存分配 - 缓存

TCMalloc:thread caching
每个p包含一个mcache用于快速分配，用于为绑定于p上的g分配对象
mache管理一组mspan
当mcache中的mspan分配完毕，向mcentral申请待有未分配块的mspan
当mspan中没有分配的对象，mspan会被缓存在mcentral中，而不是立刻释放并规划给OS

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

调用系统调用mmap()向OS申请一大块内存先将内存划分成大块再将大块继续划分成特定大小的小块，用于对象分配 noscan mspan分配不包含指针的对象--GCbuxuyao1saomiao1 scan mspan分配包含指针的对象--GC需要扫描
对象分配：根绝对象的大小，选择最合适的块返回

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
小对象占比高
Go内存分配耗时

分配路径长：g->m->p>mache->memory block->return poniter pprof 对象分配的函数是最频繁调用的函数之一

优化方案 Balanced GC

每个g都绑定一大块内存
GAB用于noscan类型的小对象分配
使用三个指针维护GAB：base,end,stop
Bump poinyer（指针碰撞）风格对象分配

无需和其他分配请求互斥分配动作简单高效

Balanced GC

GAB对于Go内存管理来说是一个大对象

本质：将多个小对象的分配合并成一次大对象的分配

问题：GAB的对象分配方式会导致内存被延迟释放

方案：移动GAB中存活的对象
```
   当GAB总大小超过一定阈值时，将GAB中存活的对象复制到另外分配的GAB中
  原先的GAB可以释放，避免内存泄露
   本质：用copying GC 的算法管理小对象


  根据对象的声明周期，使用不同的标记和清理策略
```

编译器和静态分析

编译器的结构

作用重要的系统软件

识别符合语法和非法的程序‘ 生成正确且高效的代码
分析部分（前端 front end）

词法分析生成词素词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，声成intermediate representation(IR)
综合部分（后端 back end）

代码生成，机器无关优化，生成优化的IR 代码生成，生成目标代码

静态分析

静态分析：不执行程序代码，推到程序的行为，分析程序的性质
控制流(Control flow):程序执行的流程
数据流（Data flow）：数据在控制流上的传递
通过分析数据流和控制流，我们可以知道更多关于程序的性质
根据这些性质优化代码
过程内分析：仅在函数内部进行分析
过程间分析：考虑函数调用时参数传递和返回值的数据流和控制流（联合求解，比较复杂）

Go编译器优化

为什么做编译器优化

用户无感知，重新编译即可重新获得性能收益通用化优化
现状

采用的优化少编译时间较短，没有进行较复杂的代码分析和优化
优化编译的思路

场景面向后端长期执行任务 Tradoff:用编译时间换取更高效的机器码
Beast mode 函数内联

逃逸分析
- 默认栈大小调整
- 边界检查消除
- 循环展开

Go语言性能优化与优化实例(体系) | 青训营笔记