Go：簡單的優化筆記

本文整理譯自 Golang: simple optimization notes：https://medium.com/scum-gazeta/golang-simple-optimization-notes-70bc64673980

在雲計算時代，我們經常創建 Serverless 應用（一種雲原生開發模式，允許開發人員構建和運行應用程序，而無需管理服務器）。當我們的項目採用這種模式，那基礎設施維護預算將排在首位。如果我們的服務負載很低，它實際上近乎是免費的。但是如果出現問題，你將爲此付出很多！當談到金錢時，你肯定會以某方式對它做出反應。

當你的 VPS 運行着多個服務應用，但其中一個有時會佔用所有的資源，以至於都無法通過 ssh 訪問服務器。你轉到使用 Kubernetes 集羣，爲所有應用程序設置限制。隨後看到一些應用程序被重新啓動，因爲 OOM-killer 解決了內存” 泄漏 “問題。

當然， OOM 並不總是泄漏問題，也可能是資源超支。泄漏問題大概率是由程序錯誤引起的，我們今天談論的主題是如何儘量避免這種情況。

過多的資源消耗會傷害錢包，這意味着我們需要立即採取行動。

不要過早優化

現在讓我們談談優化。希望你能明白爲什麼我們不要過早優化！

• 第一，優化可能是無用的工作。因爲我們應該先研究整個應用程序，而你的代碼很可能不會成爲瓶頸。我們需要的是快速的結果，MVP（Minimum Viable Product，最簡可行產品），然後纔會考慮它的問題。

• 第二，優化都必須有所依據。也就是說，每次優化都應該建立在基準上，我們必須證明它給我們帶來了多少利潤。

• 第三，優化也許會帶來複雜。你需要知道的是，大多數優化會使代碼的可讀性變差。你需要把握好這種平衡。

優化建議

現在我們按照 Go 中的標準實體分類，來給出一些實用建議。

1. 數組與切片

提前爲切片分配內存

儘量使用第三個參數：make([]T, 0, len)

如果不知道元素確切的數量並且切片是短暫的，可以分配更大一點，保障切片在運行時不會增長。

不要忘記使用 copy

儘量不要在複製時使用 append，例如在合併兩個或多個切片時。

正確迭代

一個包含許多元素或大元素的切片，使用 for 去獲取單個元素。通過這種方法，將避免不必要的複製。

複用切片

如果對傳入的切片進行某種操作並返回已經修改的結果，我們可以返回它。這樣能避免新的內存分配。

不要留下不使用的切片部分

如果需要從切片中切下一小塊並僅使用它，該切片的主要部分也將被保留。正確的做法是，爲這小塊切片使用新的副本，而將舊的切片扔給 GC。

2. 字符串

正確拼接

如果拼接字符串可以在一個語句中完成，那就使用 + 操作符。如果需要在循環中執行此操作，使用 string.Builder，並使用它的 Grow 方法預先指定 Builder 的大小，減少內存分配次數。

轉換優化

string 和 []byte 在底層結構上非常相近，有時這兩種類型之間可以通過強轉換來避免內存分配。

字符串駐留

可以池化字符串，從而幫助編譯器只存儲一次相同的字符串。

避免分配

我們可以使用 map（級聯）而不是複合鍵，我們可以使用字節切片。儘量不使用 fmt 包，因爲它所有的方法都用到了反射。

3. 結構體

避免拷貝大結構體

我們理解的小結構體是不超過 4 個字段不超過一個機器字大小。

一些典型的拷貝場景

• 投射到 interface

• 通道的接收和發送

• 替換 map 中的元素

• 向切片添加元素

• 迭代（range）

避免通過指針訪問結構體字段

解引用是昂貴的，我們應該儘可能少地這樣做，尤其是在循環中。同時它也失去了使用快速寄存器的能力。

處理小結構體

這項工作由編輯器進行優化，這意味着它很便宜。

使用對齊減小結構體大小

我們可以對齊結構體（根據字段的大小，以正確的順序排列它們），以此減小結構體本身的大小。

4. 函數

使用內聯函數或自己內聯它們

嘗試編寫可供編譯器內聯的小函數，它會很快，甚至快過自己在函數中嵌入代碼。對於熱路徑（hot path）尤其如此。

哪些不會內聯

• recovery

• select 塊

• 類型聲明

• defer

• goroutine

• for-range

合理地選擇函數參數

嘗試使用小參數，因爲它們的複製將被優化。嘗試複製和棧增長在 GC 負載保持平衡。避免大量參數，讓你的程序使用快速寄存器（它們的數量是有限的）。

命名返回值

這似乎比在函數體中聲明這些變量更高效。

保存中間結果

幫助編譯器優化你的代碼，保存中間結果，然後會有更多的選項來優化你的代碼。

仔細地使用 defer

儘量不要使用 defer，或者至少不要在循環中使用它。

助力 hot path

避免在熱路徑分配內存，尤其是短生命對象。製作最常見分支（if，switch）

5. Map

提前分配內存

和 slice 一樣，初始化 map 時，指定其大小。

使用空結構體爲值

struct{} 什麼都不是（不佔內存），因此例如傳遞信號時，使用它是非常有益的。

清空 map

map 只能增長，不能縮小。我們需要重置 map 時，刪除其所有元素是無濟於事的。

儘量不在鍵和值中使用指針

如果 map 中不包含指針，那麼 GC 就不會在上面浪費寶貴的時間。字符串也使用了指針，因此應該使用字節數組而不是字符串作爲鍵。

減少修改次數

同樣，我們不想使用指針，但我們可以使用  map 和 slice 的組合，將鍵存儲在 map 中，將值存在 slice。這樣我們就可以不受限制地更改值。

6. Interface

計算內存分配

請記住，要爲接口分配值時，首先需要將其複製到某處，然後將指針黏貼給它。關鍵是複製。事實證明，接口的裝箱和拆箱的成本將近似於結構體大小的一次分配。

選擇最優類型

在某些情況下，接口的裝箱和拆箱期間沒有分配。例如，變量和常量的小值或布爾值、具有一個簡單字段的結構體、指針（包括 map、channel、func）

避免內存分配

與其他地方一樣，儘量避免不必要的分配。例如將一個接口分配給另一個接口，而不是裝箱兩次。

僅在需要時使用

避免在頻繁調用的函數參數和返回結果中使用接口。我們不需要額外的拆裝包操作。減少使用接口方法調用的頻率，因爲它會阻止內聯。

7. 指針、通道、邊界檢查

避免不必要的解引用

尤其是在循環中，因爲事實證明它太昂貴了。解引用是我們不想自費執行的操作。

使用通道效率低下

channel 同步比其他同步原語方法慢。另外， select 中的 case 越多，我們的程序就越慢。但是，select，case 加 default 有被優化。

避免不必要的邊界檢查

這也很昂貴，我們應該避免它。例如，只檢查（獲取）一次最大切片索引，而不是多次。最好立即嘗試獲得極端選項。

總結

在整篇文章中，我們看到了一些相同的優化規則。

幫助編譯器做出正確的決定，它會感謝你的。在編譯時分配內存，使用中間結果，並儘量保持你的代碼可讀。

我再次重申，對於隱式優化，基準是強制性的。如果因爲編譯器在不同版本之間變化太快，昨天工作的東西明天就不能工作，反之亦然。

不要忘記使用 Go 內置的分析和跟蹤工具。

譯者有話說

注意，作者的建議並不一定是對的。就像原文中有人評價，爲什麼不在每條建議下面列出優化代碼。因爲作者更希望開發人員把這些建議當做一張備忘單，知道這些瓶頸並主動去尋找如何做優化。

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