零基础学习Go的Day14｜ 青训营笔记

木芒果
112 阅读6分钟

这是我参与「第五届青训营 」伴学笔记创作活动的第 14 天

1.复习已学知识

  • 复习依赖管理
  • 复习单元测试
  • 复习如何高质量编程知识

2.观看性能优化指南

  • Go内存管理及性能与编译优化

  • 高性能Go语言发行版优化与落地实践

  • 优化：内存管理优化 + 编译器优化

  • 背景：自动内存管理和Go内存管理机制 & 编译器优化的基本问题和思路

  • 实践：字节跳动公司遇到的性能问题以及优化方案简介

0. 性能优化

性能优化 -> 提升软件处理系统的能力 -> 资源高效利用 -> 提升用户体验

性能优化的层面

由于自顶向下的是业务代码、SDK、基础库、语言运行时以及OS，所以性能优化有着针对不同层面的优化：

  • 业务层优化

    ：

    可以理解为做菜的时候学习菜谱，这道菜就会很好吃，很标准

    • 针对特定场景，具体问题，具体分析
    • 比较容易获得较大的性能收益

  • 语言运行时优化

    ：

    可以理解为磨刀，这样对于任何菜肴，切割食材就会变得容易

    • 解决更通用的性能问题
    • 考虑更多场景
    • Tradeoffs

无论是哪种层面的性能优化，都需要数据作为驱动：

  • 数据驱动

    • 自动化性能分析工具——pprof
    • 依靠数据而非猜测，实事求是
    • 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（不然变成屎山了）
  • 测试用例：覆盖尽可能多的场景，方便回归
  • 文档：说明清楚功能和效果
  • 隔离：通过选项控制是否开启优化（省钱）
  • 可观测：必要的日志输出（看清楚搞明白）

事实上，我们在实际工作中写代码，就是在写SDK里面的代码；

那么SDK究竟是什么呢？可能有的小伙伴很清楚，那就可以跳过这部分。

SDK：

即Software Development Kit的缩写，译作软件开发工具包。软件开发工具包是一个覆盖面相当广泛的名词，你甚至可以这么理解：辅助开发某一类软件的相关文档、范例和工具的集合都可以叫做SDK。

SDK的组成：

一个完整的SDK应该包括以下内容：

  1. 接口文件和库文件：笼统地说就是API。通过将底层的代码进行封装保护，提供给用户一个调用底层代码的接口。
  2. 帮助文档：用来解释接口文件和库文件（即API）的功能，以及介绍相关的开发工具，操作示例等。
  3. 开发示例：即简单的成品DEMO展示，包括源代码。
  4. 实用工具：通常是指用来协助用户进行二次开发的工具，比如二次开发向导、API 搜索工具、软件打包工具等。

1. 自动内存管理

自动内存管理的基本概念

动态内存：

  • 程序在运行时根据需求动态分配的内存：类似于C语言的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

  • 避免手动内存管理，专注于实现业务逻辑（勤奋的目的是为了懒）
  • 保证内存使用的正确性和安全性，防止出现double-free problem & use-after-free problem

GC的三个任务：（战场清理大师）

  • 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

接下来让我们先明确一些名词的概念，同样，如果你已经掌握了，那么可以直接跳过：

  • 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) 可以同时执行

特别地，Collectors 必须感知对象指向关系的改变；

如上图例子，最右边被红色箭头指向的b是在GC过程中被用户新创建出来的对象，但是这个时候没有被标记，Collectors必须标记它，这个时候如果存活就标记为存活，否则为不存活的话有可能会发生错误。

GC算法的一些补充：

  • 安全性：不能回收存活的对象 基本要求
  • 吞吐率：1 - GC时间 / 程序执行总时间 花在GC上的时间
  • 暂停时间：stop the word (STW) 业务是否感知
  • 内存开销：GC元数据开销

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

步骤：

  • 标记root对象：包括静态变量、全局变量、常量和线程栈等等；

  • 标记可达对象：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；

  • 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)

  • 根据对象的生命周期，使用不同的标记和清理策略

分代GC (Generational 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（英年早逝）

  • 每个对象都有年龄：经历过GC的次数

  • 目的：对年轻和老年的对象，指定不同的GC策略，**降低整个提内存管理的开销

  • 不同年龄的对象处于heap的不同区域

  • 年轻代

    • 常规的内存分配
    • 由于存活对象很少，可以采用copying GC
    • GC吞吐率很高

  • 老年代

    • 对象趋向于一直活着，反复复制开销较大
    • 可以采用mark-sweep GC

引用计数

每个对象都有一个与之关联的引用数目；

对象存活的条件：当且仅当引用数>0

这样做的优点是：

  • 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)

这样做的缺点也是有的：

  • 维护引用计数的开销较大：通过原子操作保证对引用计数的原子性和可见性
  • 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
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