这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 6 天。
GO高质量编程
在实际项目开发中还要注重Go语言程序优化（产出简洁的代码）和性能优化。
高质量编程介绍
编写的代码能够达到正确可靠、简洁清晰的目标可称为高质量代码，要求代码考虑完备各种边界条件、异常情况处理得当，确保稳定性、易读易维护。
在实际项目中，复杂的程序逻辑会让人害怕优化和重构，因为难以排查和定位问题并且无法预知调整造成的影响范围。 因此高质量的代码要求保证：
简单性：
- 消除“多余的复杂性”，以简单清晰的逻辑编写代码
- 不理解的代码无法修复改进
可读性：
- 代码是给人看的，而不是机器
- 编写可维护代码的第一步是确保代码可读性，节约他人阅读你代码的时间
生产力：
- 编程更多是团队间的合作，为了确保团队工作效率，Go语言通过工具强制统一所有代码格式，并遵循规范。
编码规范
编码规范包括：
- 代码格式：gofmt自动化格式代码、goimports对依赖包进行管理（Goland自带功能）。
- 注释：注释应该解释代码作用、代码如何做的、代码实现的原因、代码什么情况会出错。
Good code has lots of comments, bad code requires lots of comments.代码是最好的注释，且应该提供代码未表达出的上下文信息。 - 命名规范：简洁胜于冗长、缩略词全大写，但当其位于变量开头且不需要导出时，使用全小写（e.g. ServeHTTP instead of ServeHttp, XMLHTTPRequest instead of xmlHTTPRequest）、变量距离其被使用的地方越远，则需要携带越多的上下文信息（全局变量在其名字中需要更多的上下文信息，使得在不同地方可以轻易辨认出其含义）。
- 控制流程：避免嵌套、保持正常代码路径为最小缩进、处理逻辑尽量走直线，避免复杂嵌套分支、提升代码可维护性和可读性、故障问题大多出现在复杂的条件语句和循环语句。
代码示例：
- 错误和异常处理：error尽可能提供简明的上下文信息链来定位问题、panic用于真正的异常情况、recover生效范围，只在当前goroutine的被defer的函数中生效。
性能优化建议
在确保正确性、简洁性等质量因素后可进行性能优化；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（例如多花内存来提高性能），接下来会针对Go语言提出性能优化建议。
Benchmark
Benchmark是Go语言基准性能测试的工具，但是需要实际数据来衡量性能表现。
如何使用：以斐波那契数列为例，分成两个文件，fib.go编写函数代码，fib_test.go编写benchmark的逻辑，通过命令运行benchmark（go test -bench=. -benchmem）可以得到测试结果（-benchmem参数表示统计内存信息）。
运行结果：
Slice
Slice是Go中最常用的结构，性能优化的建议是预分配，尽可能使用make()来初始化切片并提供容量信息，下图中展现出两种追加切片时的性能表现，可以看出有预分配的slice性能明显优于无分配的slice：
原理：
Slice本质是一个数组片段的描述,包括数组指针、片段长度、片段容量（不改变内存分配情况下最大长度）；slice的操作不会赋值切片指向的元素；创建一个新的切片会复用原来的切片底层数组。
当append时，如果append之后长度小于最大容量cap，将会直接利用原底层数组剩余空间；如果append后长度大于cap，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，如果能知道最终切片的大小，预先设置cap的值能避免额外的内存分配来获得更好性能。
优化陷阱：
当原切片由大量的元素构成，我们再在元切片的基础上切片，虽然只使用了很小的一段，但是底层数组在内存中占据了大量空间，且得不到释放。
示例：
分别用copy和re-slice来取slice的最后两位数，并同时统计输出内存占用信息。下图可以看到re-slice耗费了100MB，因为申请的100个1MB大小的内存未被回收，虽然只取了最后两个元素，但是与原来的切片引用了相同的底层数组，而且底层数组未得到释放。然而，copy方法只消耗了3MB的内存，因为copy方法指向的是新的底层数组，当原始数组不再被引用后，内存会被垃圾回收。
Map
Map也是Go常用结构，也同样有预分配的性能优化点：
- 不断向map添加元素会触发map扩容。
- 提前分配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所需空间。
字符串处理
Go中常见的字符串拼接方式有：直接'+'号、strings.Builder、bytes.Buffer。
对比后发现使用'+'拼接性能最差，Strings.Builder和bytes.Buffer性能相近。因为字符串在Go中不可修改，占用内存大小固定；使用'+'每次会重新分配内存（N个字符串生成一个新字符串会开辟新空间，空间大小是N个字符串大小之和）；strings.Builder和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。但strings.builder比bytes.buffer更快一些，是由于bytes.buffer转化为字符串的时候重新申请了一块内存；而strings.builder直接将底层的[]byte转换成了字符串类型返回。
字符串拼接和slice一样，都支持预分配，若预知字符串长度，可以进一步提升拼接性能，下图代码显示strings.builder只有一次内存分配，但bytes.buffer有两次。
空结构体
性能优化包括时间和空间的优化，上述提到的预分配是关于时间的优化，而对于空间的优化方法有使用空结构体节省内存。空结构体struct{}本身不占据内存空间，且本身具备很强的语义，不需要任何值，可以作为各种场景下的占位符使用来节约资源。
示例及对比结果：
可以看出使用空结构体的函数占用的内存及各指标均优于使用bool的函数，因为这个场景中只需要用到map的键，而不需要值，所以即使是将map的值设为bool也会多占据一个字节的空间。
atomic包
在多线程编程场景下，这里列举多线程共用计数器，为了保证线程安全，有不同的方式，比如atomic和sync.Mutex (Un)Lock。
对比后发现，atomic包使用效率优于sync.Mutex。是因为atomic包的锁实现是通过操作系统来实现的，属于系统调用；且atomic操作是通过硬件实现，效率比锁（Lock）高；sync.Mutex适用于保护一段逻辑而不是保护一个变量；对于非数值操作，可以使用atomic.Value，能承载一个interface{}。
总结
提高程序性能需建立在满足正确可靠、简洁清晰的代码基础上；避免常见性能陷阱可以保证大部分程序性能；普通应用代码不用一味追求程序性能；越高级的性能优化越容易产生问题。
