编译器优化 | 青训营笔记

这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 8 天

编译器和静态分析

编译器的存在意义是识别符合语法和非法的程序，生成正确且高效的代码

编译器的基本结构：

• 分析部分（前端）

  • 词法分析，生成词素
  • 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）

  • 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

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：分析程序执行的流程
• 数据流：分析数据在控制流上的传递

通过分析控制流和数据流，可以知道更多关于程序的性质，然后根据这些性质优化代码。

比如

 if (true) {
     return 2;
 }
 //优化后
 return 2;

过程内分析和过程间分析

过程内分析：仅在函数内部进行分析

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

通常情况下，过程间分析比过程内分析更为复杂，要尽可能避免过程间分析的情况。

Go编译器优化

• 编译器优化的好处

  • 用户无感知，重新编译即可获得性能收益
  • 通用性优化

• 编译优化的思路

  • 场景：面向后端长期执行任务
  • 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
  • 。。。

函数内联

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。

• 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，帮助其他运行，例如逃逸分析
• 函数体变大，instruction cache不友好
• 编译生成的Go镜像变大

函数内联策略在大多数情况下都是正向优化。

根据不同的情况会有不同的内联策略，比如根据调用者函数和被调用者函数的规模。

Beast Mode

Go函数内联受到的限制较多

• 语言特性
• 内联策略十分保守

Beast mode调整了函数内联的策略，使得更多函数被内联

• 降低函数调用的开销
• 增加了其他优化的机会，如逃逸分析

相应的开销也会增大

• Go镜像增加大约10%
• 编译时间增加

逃逸分析

听下来我感觉就是判断指针的密封性，即其他外部代码能否访问该指针。

逃逸分析即分析代码中指针的动态作用域，判断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
  • 传递给已逃逸的指针指向的对象

• 则称，指针p指向的对象逃逸出s；反之则没有逃逸出s

通过Beast mode，函数内联扩展了函数边界，原先逃逸的对象在这之后就可能不逃逸了。也就是更多对象不逃逸。

这些未逃逸的对象可以在栈上分配

好处：

• 对象在栈上分配和回收很快：移动sp
• 减少在heap上的分配，降低GC负担