优化结构体的性能通常有以下几个方面:
- 使用指针: Go语言中,结构体对象不是引用类型,如果传递结构体对象,则传递的是对象的副本,消耗较大。可以使用指针来传递结构体对象,减少副本的创建和传递。
- 避免过度嵌套: 过度嵌套会使结构体的属性难以访问,也会因为间接性能问题而降低性能。
- 确保结构体字段对齐: 由于硬件和操作系统对内存对齐方式的不同,可能会导致内存浪费,并降低性能。可以使用“paddling”技术(通常是在C语言中使用)确保结构体字段对齐以减少内存浪费。
- 优化结构体的大小: 确保结构体的大小不会过大可以减少内存占用,提高性能。
- 使用匿名结构体: 如果只需要使用结构体中的一个或部分字段,可以使用匿名结构体来避免在程序中创建一个完整的结构体对象。
- 使用tag: 结构体tag可以在序列化和反序列化时提高效率。
上述提到的优化方式,还有许多其他的优化策略,包括尽可能减少结构体中的函数、将结构体属性重新排列以充分利用字节对齐等。不过,需要根据具体使用场景进行评估和选择。
如何使用指针以及优化结构体的大小:
type Person struct {
id int
name string
age int
address string
}
// 修改Person结构体,使用指针来传递
type Person struct {
id *int
name *string
age *int
address *string
}
// 优化结构体大小,使用按字节对齐的方式
type Person struct {
id *int `json:"id,omitempty" align:"8"` // 8-byte alignment
name *[32]byte `json:"name,omitempty" align:"1"` // 1-byte alignment
age *uint8 `json:"age,omitempty" align:"1"` // 1-byte alignment
address *[64]byte `json:"address,omitempty" align:"8"` // 8-byte alignment
}
// 使用匿名结构体
type Person struct {
id int
name string
age int
address struct {
city string
zipcode string
}
}
使用一些简单的代码性能工具,如Go语言内置的性能剖面分析器来分析并优化程序的性能。
结构体性能涉及很多方面,包括内存布局、指针对齐、缓存友好性、CPU指令等。以下是一些更具体的实践经验:
- 调整结构体顺序以最大限度地利用CPU缓存。例如,常用属性应该放在结构体的开始部分,这样可以确保它们紧密挤在一起,利用内存带宽更好。
- 避免结构体跨越缓存行边界。一个缓存行一般是64或128字节,这意味着如果结构体的某个元素横跨了两个或更多个缓存行,将会导致额外的内存读取和缓存行的脏污,从而降低性能。
- 使用“快手”技术(Fast-Path Technique),即利用条件分支让代码在快速路径上更优化。例如,对于数组大小,在调用堆的情况下,如果数组长度小于或等于16个元素,则可以使用内联的快速路径(不需要调用堆)。
- 避免无谓的内存分配。不必要的内存分配不仅消耗内存,而且会增加GC负担和运行时间。使用零分配和对象池等技术可以帮助减少内存分配,提高性能。
- 适当使用指针。由于指针的解引用需要额外的内存访问,过多的指针使用可能会降低性能。因此,需要权衡利用指针来减少内存分配以及缓存友好性之间的权衡。
// 常用属性放前面,避免跨缓存行边界
type Person struct {
id uint64 `align:"8"`
name string `align:"1"`
age uint8 `align:"1"`
address Address `align:"8"`
}
type Address struct {
city string `align:"1"`
zipcode string `align:"1"`
}
// 使用指针,并避免无谓内存分配
func (p *Person) ChangeName(name string) {
// 判断name的长度,如果小于等于原字符串的长度,则直接修改相应的字节。
// 如果大于原字符串长度,需要重新分配内存。
if len(name) <= len(p.name) {
copy([]byte(p.name), []byte(name))
} else {
p.name = string(make([]byte, 0, len(name)+16)[:len(name)])
copy([]byte(p.name), []byte(name))
}
}
// 使用内联的快速路径
func AppendValues(values []int, x, y int) []int {
if len(values) < 16 {
// 使用内联的快速路径,不需要调用堆
return append(values, x, y)
}
// 调用堆
return append(values, x, y)
}
// 使用零分配技术
type ObjectPool struct {
pool sync.Pool
}
func NewObjectPool() *ObjectPool {
return &ObjectPool{
pool: sync.Pool{
New: func() interface{} {
return make([]byte, 16)
},
},
}
}
func (op *ObjectPool) Get() []byte {
return op.pool.Get().([]byte)
}
func (op *ObjectPool) Put(b []byte) {
op.pool.Put(b[:16])
}
通过优化结构体的内部存储、避免无谓内存分配、使用内联快速路径以及使用对象池等技术来提高程序性能。