这是我参与「第三届青训营 -后端场」笔记创作活动的的第五篇笔记。

性能优化建议

1. 简介

高质量的代码能够完成功能，但是在大规模程序部署的场景，仅仅支持正常功能还不够，我们还要尽可能地提升性能，节省资源成本。接下来主要介绍性能相关的建议。

性能优化的前提是满足正确可靠、简洁清晰等质量因素
性能优化是综合评估，有时候时间效率和空间效率可能对立，需要作出适当的折衷
针对 Go 语言特性，介绍 Go 相关的性能优化建议

2. Benchmark

性能表现需要实际数据衡量

Go 语言提供了支持基准线性能测试的 benchmark 工具

以计算斐波拉契数列的函数为例，分两个文件，fib.go 编写函数代码，fib_test.go 编写 benchmark 的逻辑，通过命令 go test -bench=. -benchmen 运行 benchmark 可以得到测试结果

-benchemen 表示也统计内存信息

// from fib.go
func Fib(n int) int {
    if n < 2 {
        return n
    }
    return Fib(n-1) + Fib(n-2)
}

// from fib_test.go
func BenchmarkFib10(b *testing.B) {
    // run the Fib function b.N times
    for n := 0; n < b.N; n++ {
        Fib(10)
    }
}

结果说明

3. Slice

Slice 预分配内存

尽可能在使用 make() 初始化切片时提供容量信息，特别是在追加切片时

对比一下两种情况的性能表现，NoPreAlloc 没有提供初始化容量信息，PreAlloc 设置了容量大小

切片本质是一个数组片段的描述
- 包括数组指针
- 片段的长度
- 片段的人容量（不改变内存分配情况下的最大长度）
切片操作并不复制切片指向的元素
创建一个新的切片会复用原来切片的底层数组

以切片的 append 为例，append时有两种场景：

当 append 之后的长度小于等于 cap，将会直接利用原底层数组剩余的空间。
当 append 后的长度大于 cap 时，则会分配一块更大的区域来容纳新的底层数组。

因此，为了避免内存发生拷贝，如果能够知道最终的切片的大小，预先设置 cap 的值能够避免额外的内存分配，获得更好的性能。

4. Map

map 预分配内存

不断向 map 中添加元素的操作会触发 map 的扩容
提前分配好空间可以减少内存拷贝和 Rehash 的消耗
建议根据实际需求提前预估好需要的空间

5. 字符串处理

下面看看直接用 + 拼接、 strings.Builder 和 bytes.Buffer 的差异。

// 字符串拼接
func Plus(n int, str string) string {
    s := ""
    for i := 0; i < n; i++ {
        s += str
    }
    return s
}

// 使用 strings.Builder
func StrBuilder(n int, str string) string {
    var builder strings.Builder
    for i := 0; i < n; i++ {
        builder.WriteString(str)
    }
    return builder.String()
}

// 使用 byte.Buffer
func ByteBuffer(n int, str string) string {
    buf := new(bytes.Buffer)
    for i := 0; i < n; i++ {
        buf.WriteString(str)
    }
    return buf.String()
}

根据测试结果，使用 + 拼接性能最差， strings.Builder 和 bytes.Buffer 相近，strings.Buffer 更快。

分析：

字符串在 Go 语言中是不可变类型。占用内存大小是固定的
使用 + 每次都会重新分配内存
strings.Builder， bytes.Buffer 底层都是 []byte 数组
内存扩容策略，不需要每次拼接重新分配内存

6. 空结构体

性能优化有时是时间和空间的平衡，之前提到的都是提高时间效率的点，对于空间上是否有优化的手段呢？

空结构体是节省内存空间的一个手段

空结构体 struct{} 实例不占据任何的内存空间
可作为各种场景下的占位符使用
- 节省资源
- 空结构体本身具有很强的语义，即这里不需要任何值，仅作为占位符

空结构体的实用场景：实现 set

这个场景只需要用到 map 的键，而不需要值
即使是将 map 的值设置为 bool 类型，也会多占据 1 个字节空间

7. Atomic包

在多线程的场景下，比如实现一个多线程共用的计数器，如何保证计数准确，线程安全，有不同的方式，比如使用 Atomic 包和加锁。

下面对比一下 Atomic 包和加锁的性能

可以看到 Atomic 包比加锁的性能更好，原因如下

锁的实现是通过操作系统来实现，属于系统调用
atomic 操作是通过硬件实现，效率比锁高
sync.Mutex 应该用来保护一段逻辑，不仅仅用于保护一个变量
对于非数值操作，可以使用 atomic.Value，能承载一个 interface{}

Go 语言快速上手-高质量编程与性能调优实战（2）｜ 青训营笔记