Go 性能优化
这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 8 天
性能优化简介
追求极致性能
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？
- 用户体验：带来用户体验的提升——让刷抖音更丝滑，让双十一购物不再卡顿
- 资源高效利用：降低成本，提高效率——很小的优化乘以海量机器会是显著的性能提升和成本节约
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一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
- 可观测：必要的日志输出
1 自动内存管理
1.1 自动内存管理
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管理动态内存
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避免手动内存管理，专注于实现业务逻辑
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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
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：mutator(s) 和 collector(s) 和 collector(s) 可以同时执行
评价GC算法
- 安全性（Safety）： 不能回收存活的对象基本要求
- 吞吐率（Throughput）：
- 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
1.2 追踪垃圾回收（Tracing garbage collection）
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对象被回收的条件：指针指向关系不可达的对象
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标记根对象
静态变量、全局变量、常量、线程等
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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
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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)
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根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略
1.3 分代 GC
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分代假说（Generational hypothesis） ： most objects die young
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Intuition：很多对象在分配出来后很快就不再使用了
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每个对象都有年龄：经历过GC的次数
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目的：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
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不同年龄的对象处于heap的不同区域
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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
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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
1.4 引用计数
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每个对象都有一个与之关联的引用数目
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对象存活的条件：当且仅当引用数大于0
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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）
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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
