Go语言优化与落地实践（一） | 青训营笔记

clstilmldy
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Go语言优化与落地实践（一） | 青训营笔记

这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的第4篇笔记

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，充分发掘计算机算力

为什么要做性能优化?

提升用户体验 资源高效利用，降低成本，提高效率

性能优化的层面

  • 业务层优化

    • 针对特定场景，具体问题，具体分析
    • 容易获得较大性能收益

  • 语言运行时优化

    • 解决更通用的性能问题
    • 考虑更多场景
    • Tradeoffs

  • 数据驱动

    • 自动化性能分析工具-pprof
    • 依靠数据而非猜测
    • 首先优化最大瓶颈

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，优化代码用选项和原先的路径隔离，保证优化未启用时的行为同以前一致

可观测、可灰度、可回滚：必要的日志输出

自动内存管理

相关概念

  • 动态内存

    • 程序在运行时根据需求动态分配的内存：malloc()

  • 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

  • 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
obj
gc

术语概念

  • Auto memory management：自动内存管理
  • Grabage collction：垃圾回收 （GC）
  • Mutator：业务线程，分配新对象，修改对象指向关系
  • Collector：GC线程，找到存活对象，回收死亡对象空间
  • Serial GC：只有一个collector
  • Parallel GC：并行GC，支持多个collectors同时回收的GC算法
  • Concurrent GC：并发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

  • 评价GC算法

    • 安全性(Safety)：不能回收存活的对象
    • GC时间
    • 吞吐率(Throughput)：1−GC时间/程序执行总时间1-GC时间/程序执行总时间1−GC时间/程序执行总时间
    • 暂停时间(Pause time)：stop the world (STW)-业务是否感知
    • 内存开销(Space overhead) - GC元数据开销

  • 追踪垃圾回收(Tracing garbage collection)

  • 引用计数(Reference counting)

  • 对象被回收的条件：指针指向关系不可达的对象

  • 标记根对象

    • 静态变量、全局变量、常量、线程栈等

  • 标记:找到可达对象

    • 求指针指向关系的传递闭包：从根对象出发，找到所有可达对象

  • 清理:所有不可达对象

    • 将存活对象复制到另外的内存空间(Copying GC)
    • 将死亡对象的内存标记为“可分配”(Mark sweep GC)
    • 移动并整理存活对象(Mark-compact GC)

  • 根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略

  • Copying GC：将对象复制到另外的内存空间

    copy gc

  • Mark-sweep GC：使用free list管理空闲内存

    mark-sweep gc

  • Compact GC：原地整理对象

    compact gc

分代GC (Generational GC)

  • 分代假说(Generational hypothesis)：most objects die young

  • Intuition：很多对象在分配出来后很快就不再使用了

  • 每个对象都有年龄：经历过GC的次数

  • Young Generation

  • 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

  • 年轻代(Young generation)

    • 常规的对象分配
    • 由于存活对象很少，可以采用copying collection
    • GC吞吐率很高

  • 老年代(Old generation)

    • 对象趋向于一直活着，反复复制开销较大
    • 可以采用mark-sweep collection

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

  • 优点

    • 内存管理的操作被平摊到程序执行过程中
    • 内存管理不需要了解runtime的实现细节：C++智能指针(smart pointer)

  • 缺点

    • 维护引用计数的开销较大：通过原子操作保证对引用计数操作的原子性和可见性
    • 无法回收环形数据结构-weak reference
    • 内存开销：每个对象都引入的额外内存空间存储引用数目
    • 回收内存时依然可能引发暂停
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