说一下如何优化结构体的性能golang

程序员卷不动了 2023-03-20 PM 405℃ 0条

优化结构体的性能通常有以下几个方面:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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)。
  4. 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。
  5. 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。

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