这是我参与「第五届青训营」伴学笔记创作活动的第3天。
1 性能优化
性能优化：提升系统处理能力，减少不必要的消耗，充分发掘计算机算力。
性能优化目的：带来用户体验的提升、降低成本、提高效率。
性能优化的层面：业务代码、SDK、基础库、语言运行时、OS。
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。
2 内存管理
2.1 自动内存管理
2.1.1 概念
动态内存：程序在运行时根据需求动态分配的内存：makkoc（）
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。
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。
2.1.1.1自动内存管理-相关概念
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，回收死亡对象的内存空间
Serial GC:只有一个collector
Parallel GC：支持多个collectors同时回收的GC算法
Concurrent GC：mutators和collectors可以同时执行。
Tips：Collectors必须感知对象指向关系的改变：
2.1.2 追踪垃圾回收
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
标记：找到可达对象。
清理：所有不可达对象。
根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略。
Compact GC：原地整理对象。
2.1.3 分代GC
分代假说：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。
2.1.4 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。
缺点：维护引用计数的开销较大、无法回收环形数据结构、回收内存时依然可能引发暂停、有内存开销
2.2 Go内存管理及优化
2.2.1 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。
2.2.1 Go内存分配-缓存
TCMalloc：thead 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。
2.2.2 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。
小对象占比较高。
Go内存分配比较耗时：分配路径长：g -> m -> mcache -> mspan -> memory block -> return pointer; pprof: 对象分配的函数是最频繁调用的函数之一。
2.2.3 优化方案：Balanced GC
每个g都绑定一大块内存（1KB），称作GAB
GAB用于noscan类型的小对象分配：< 128 B
使用三个指针维护GAB：base，end，top
Bump pointer（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。
本质：将多个小对象的分配合并成一次大对象的分配。
2.2.3.1 Balanced GC-性能收益
高峰期CPU usage降低4.6% ，核心接口时延下降4.5%~7.7%。
3 编译器和静态分析
3.1 编译器的结构
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（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）。
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。
3.2 静态分析
静态分析：不执行程序代码，推导程序的行为，分析程序的性质。
控制流：程序执行的流程。
数据流：数据在控制流上的传递。
通过分析控制流和数据流，我们可以知道更多关于程序的性质。
3.3 过程内分析和过程间分析
过程内分析：仅在过程内进行分析。
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。
4 Go编译器优化
4.1 函数内联（Inlining）
内联：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。
优点：消除函数调用开销，例如传递参数，保存寄存器等；将过程间分析转化为过程内分析，帮助其他优化，例如逃逸分析。
内联影响性能程度：
性能提升4.58倍
缺点：函数体变大，instruction cache（icache）不友好；编译生成的Go镜像变大。
函数内联在大多数情况下是正向优化。
4.2 Beast Mode
Go函数内联受到的限制较多：语言特性，例如interface，defer等，限制了函数内联；内联策略非常保守。
Beast mode：调用函数内联的策略，使更多函数被内联；降低了函数调用的开销；增加了其他优化的机会：逃逸分析
4.2.1 逃逸分析
逃逸分析：分析代码中指针的动态作用域：指针在何处可以被访问。
大致思路：
从对象分配处出发，沿着控制流，观察对象的数据流。
若发现指针p在当前作用域s：作为参数传递给其他函数；传递给全局变量；传递给其他的goroutine；传递给已经逃逸的指针指向的对象。
则指针p指向的对象逃逸出s，反之则没有逃逸出s。
