青训营性能调优实战篇

KEEP_HUMBLE
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性能调优实战

  1. 简介

  2. 性能分析工具 pprof

  3. 性能调优案例

简介

性能调优原则

  • 要依靠数据而不是猜测
  • 要定位最大瓶颈
  • 不要过早、过度的优化

性能分析工具 pprof

可以知道应用在什么地方耗费了多少 CPU、Memory

pprof 是用于可视化和分析性能、分析数据的工具

  1. pprof 功能简介
  2. pprof 排查实战
  3. pprof 的采样过程和原理

功能简介

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pprof 排查实战

项目成功运行后，使用浏览器查看指标页面，访问 localhost:6060/debug/pprof

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对 CPU 性能进行排查

在终端输入以下命令

go tool pprof "http://localhost:6060/debug/pprof/profile?seconds=10"

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输入 topN 查看占用资源最多的前 N 个函数

top10

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日志数据分析

flat: 当前函数本身的执行耗时

flat%: 当前函数执行耗时占 CPU 总消耗时间的比例

sum%: 上面每一行的 flat% 总和 （第二行 sum%的值表示前两名函数执行耗时占的比例）

cum: 指当前函数本身加上其调用函数的总耗时

cum%: 指当前函数本身加上其调用函数总耗时占总 CPU耗时的百分比

什么情况下， Flat == Cum?

当函数中没有调用其他函数时


什么情况下， Flat == 0 ?

函数中只有其他函数的调用

根据刚才的 pprof top 命令排查，我们知道了 Eat 函数是对程序性能影响最大的函数，我们使用 list 命令对函数进行进一步排查

list Eat

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可以看出，for 循环是性能消耗最大的问题代码

注释掉问题代码后，重新执行检测，得到如下结果

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还可以以可视化方式排查 CPU 性能问题

在终端输入 web 命令

web

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同样可以定位到对 cpu 性能影响最大的函数

对内存问题进行排查

在终端输入以下命令

go tool pprof -http=:8080 "http://localhost:6060/debug/pprof/heap"

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同时也有其他选项可以选择

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  • Top

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  • Graph

就是进入网页时的那张图

  • Flame Graph （火焰图）

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  • Peek （可用于查找问题函数）

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  • Source （可用于分析问题代码，类似 list + 函数的结果）

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  • Disassemble 反汇编（略）

注释掉问题代码后，重新执行检测，得到如下结果

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对其他问题进行排查

在 ui 界面的 SAMPLE 选项中，还包含了其他几个选项，可以对程序进行进一步优化

  • alloc_objects: 程序累计申请的对象数
  • alloc_sapce: 程序累计申请的内存大小 （可以优化掉一些额外分配的未使用的内存空间）
  • inuse_objects: 程序当前持有的对象数
  • inuse_space: 程序当前占用的内存大小 （上面分析就是基于这个选项）

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goroutine 优化

类似于 cpu 和 memory 的分析方法，输入以下命令：

go tool pprof -http=:8080 "http://localhost:6060/debug/pprof/goroutine"

火焰图分析

  • 由上到下表示调用顺序
  • 每一块代表一个函数，越长代表占用 CPU 时间越长
  • 火焰图是动态的，支持点击块进行分析

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找到问题所在，进入 Source 视图，搜索 wolf

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将问题代码修改后，即可解决 goroutine 性能问题

mutex 问题、block 问题和其他问题的排查和解决方法，和上面流程类似，略

注意：在终端使用命令排查 block 时，由于系统存在过滤策略，一些 block 可能会被 drop，如果想要观察所有的 block 信息，可以使用可视化方式进行排查，那么之前被过滤的 block 也会显示出来（一般都是程序正常执行所需要的 block，所以系统将其过滤掉了）。

内容小结

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pprof-采样过程和原理

  • 采样对象：函数调用和它们占用的时间
  • 采样率：100 次/秒，固定值
  • 采样时间：从手动启动到手动结束

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采样原理

  • 操作系统：每 10ms 向进程发送一次 SIGPROF 信息
  • 进程：每次接收到 SIGPROF 会记录调用堆栈
  • 写缓冲：每 100ms 读取已经记录的调用栈并写入输出流

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堆内存-Heap采样过程和原理

  • 采样程序通过内存分配器在堆上分配和释放内存，记录分配/释放的大小和数量
  • 采样率：每分配 512KB 记录一次，可在运行开头修改，1 为每次分配都记录
  • 采样时间：从程序运行开始到采样开始时
  • 采样指标：alloc_space, alloc_objects, inuse_space, inuse_objects
  • 计算方式：inuse = alloc - free

goroutine & ThreadCreate-线程创建的采样过程和原理

  • goroutine：记录所有用户发起且在运行中的 goroutine（即入口非 runtime 开头的）runtime.main 的调用栈信息

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  • ThreadCreate：记录程序创建的所有系统线程的信息

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GMP 模型中

  • G：goroutine
  • M：Thread
  • P: Processor

在 Goroutine 的采样处理时，遍历的是 allg 切片

在 TheadCreate 的采样处理时，遍历的是 allm 切片

Stop The World：一般出现在 GC 过程，也称为 STW，这个过程触发时，所有程序挂起等待 GC 回收无用资源，golang 早期的 GC 算法（标记清除法）效率不高，后来接连引入了三色标记法、读写屏障，都是为了减少 STW 的时间，提高 GC 的效率。

Block-阻塞 & Mutex 的采样过程和原理

Block

采样参数

  • 采样阻塞操作的次数和耗时

  • 采样率：阻塞耗时超过阈值的才会被记录，1 为每次阻塞都记录下来（采样门槛）

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Mutex

  • 采样争抢锁的次数和耗时

  • 采样率：只记录固定比例的锁操作，1 表示每次加锁都记录下来

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pprof 小结

  • 掌握常用 pprof 工具功能
  • 灵活运用 pprof 工具分析解决性能问题
  • 了解 pprof 的采样过程和工作原理
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