Golang如何編寫內(nèi)存高效及CPU調(diào)優(yōu)的Go結(jié)構(gòu)體
前言
結(jié)構(gòu)體是包含多個字段的集合類型,用于將數(shù)據(jù)組合為記錄。這樣可以將與同一實體相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)利落地封裝到一個輕量的類型定義中,然后通過對該結(jié)構(gòu)體類型定義方法來實現(xiàn)不同的行為。
本文會嘗試從內(nèi)存利用和CPU周期的角度講解如何高效編寫struct
。
我們來看下面這一結(jié)構(gòu)體,這是我們一個奇怪用例所定義的terraform
資源類型:
type TerraformResource struct { Cloud string // 16字節(jié) Name string // 16字節(jié) HaveDSL bool // 1字節(jié) PluginVersion string // 16字節(jié) IsVersionControlled bool // 1字節(jié) TerraformVersion string // 16字節(jié) ModuleVersionMajor int32 // 4字節(jié) }
使用如下代碼來了解TerraformResource
結(jié)構(gòu)體需要分配多少內(nèi)存:
package main import ( "fmt" "unsafe" ) type TerraformResource struct { Cloud string // 16字節(jié) Name string // 16字節(jié) HaveDSL bool // 1字節(jié) PluginVersion string // 16字節(jié) IsVersionControlled bool // 1字節(jié) TerraformVersion string // 16字節(jié) ModuleVersionMajor int32 // 4字節(jié) } func main() { var d TerraformResource d.Cloud = "aws" d.Name = "ec2" d.HaveDSL = true d.PluginVersion = "3.64" d.TerraformVersion = "1.1" d.ModuleVersionMajor = 1 d.IsVersionControlled = true fmt.Println("==============================================================") fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體使用的總內(nèi)存:d %T => [%d]\n", d, unsafe.Sizeof(d)) fmt.Println("==============================================================") fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的Cloud字段:d.Cloud %T => [%d]\n", d.Cloud, unsafe.Sizeof(d.Cloud)) fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的Name字段:d.Name %T => [%d]\n", d.Name, unsafe.Sizeof(d.Name)) fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的HaveDSL字段:d.HaveDSL %T => [%d]\n", d.HaveDSL, unsafe.Sizeof(d.HaveDSL)) fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的PluginVersion字段:d.PluginVersion %T => [%d]\n", d.PluginVersion, unsafe.Sizeof(d.PluginVersion)) fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.IsVersionControlled %T => [%d]\n", d.IsVersionControlled, unsafe.Sizeof(d.IsVersionControlled)) fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的TerraformVersion字段:d.TerraformVersion %T => [%d]\n", d.TerraformVersion, unsafe.Sizeof(d.TerraformVersion)) fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.ModuleVersionMajor %T => [%d]\n", d.ModuleVersionMajor, unsafe.Sizeof(d.ModuleVersionMajor)) }
輸出結(jié)果
$ go run golang-struct-memory-allocation.go
==============================================================
結(jié)構(gòu)體使用的總內(nèi)存:d main.TerraformResource => [88]
==============================================================
結(jié)構(gòu)體中的Cloud字段:d.Cloud string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的Name字段:d.Name string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的HaveDSL字段:d.HaveDSL bool => [1]
結(jié)構(gòu)體中的PluginVersion字段:d.PluginVersion string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.IsVersionControlled bool => [1]
結(jié)構(gòu)體中的TerraformVersion字段:d.TerraformVersion string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.ModuleVersionMajor int32 => [4]
因此結(jié)構(gòu)體TerraformResource
所需分配的總內(nèi)存是88字節(jié)。TerraformResource
類型內(nèi)存分配
如下圖所示:
為什么是88字節(jié)呢?16 +16 + 1 + 16 + 1+ 16 + 4 = 70 bytes,多出來的18字節(jié)是從哪來的?
涉及到結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存分配時,總是會分配連續(xù)、字節(jié)對齊的內(nèi)存志,字段按所定義的順序進(jìn)行內(nèi)存分配和存儲。這里的字節(jié)對齊表示連續(xù)的內(nèi)存塊按平臺的字大小進(jìn)行偏移排列。
可以很清楚地看到TerraformResource.HaveDSL
、TerraformResource.isVersionControlled
和TerraformResource.ModuleVersionMajor
分別僅占用1字節(jié)、1字節(jié)和4字節(jié)。剩余的空間使用空白字節(jié)進(jìn)行填充。
所以重新計算一下:
數(shù)據(jù)占用字節(jié) = 16字節(jié) + 16字節(jié) + 1字節(jié) + 16字節(jié) + 1字節(jié) + 16字節(jié) + 4字節(jié) = 70字節(jié)
空白字節(jié) = 7字節(jié) + 7字節(jié) + 4字節(jié) = 18字節(jié)
總字節(jié)數(shù) = 數(shù)據(jù)占用字節(jié) + 空白字節(jié) = 70字節(jié) + 18字節(jié) = 88字節(jié)
那如何修復(fù)這個問題呢?通過恰當(dāng)?shù)氐?strong>數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊,我們可以這樣來定義結(jié)構(gòu)體:
type TerraformResource struct { Cloud string // 16字節(jié) Name string // 16字節(jié) PluginVersion string // 16字節(jié) TerraformVersion string // 16字節(jié) ModuleVersionMajor int32 // 4字節(jié) HaveDSL bool // 1字節(jié) IsVersionControlled bool // 1字節(jié) }
使用優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)體來運行同一段代碼:
輸出結(jié)果
$ go run golang-struct-memory-allocation.go
==============================================================
結(jié)構(gòu)體使用的總內(nèi)存:d main.TerraformResource => [72]
==============================================================
結(jié)構(gòu)體中的Cloud字段:d.Cloud string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的Name字段:d.Name string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的HaveDSL字段:d.HaveDSL bool => [1]
結(jié)構(gòu)體中的PluginVersion字段:d.PluginVersion string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.IsVersionControlled bool => [1]
結(jié)構(gòu)體中的TerraformVersion字段:d.TerraformVersion string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.ModuleVersionMajor int32 => [4]
現(xiàn)在TerraformResource
類型總的內(nèi)存占用是72字節(jié)。
我們來看下在內(nèi)存中是如何排列的:
僅僅是通過對結(jié)構(gòu)體元素進(jìn)行了一輪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊我們就將所占用的內(nèi)存由88字節(jié)降到了72字節(jié),真是太棒了!??!
我們再來算一下
數(shù)據(jù)占用字節(jié) = 16字節(jié) + 16字節(jié) + 16字節(jié) + 16字節(jié) +4字節(jié) + 1 byte + 1字節(jié) = 70字節(jié)
空白字節(jié) = 2字節(jié)
總字節(jié)數(shù) = 數(shù)據(jù)占用字節(jié) + 空白字節(jié) = 70字節(jié) + 2字節(jié) = 72字節(jié)
通過恰當(dāng)?shù)?strong>數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊不僅優(yōu)化了內(nèi)存占用,還優(yōu)化了CPU讀取周期,怎么做到的呢?
CPU以字為單位從內(nèi)存中進(jìn)行讀取,一個字在32位系統(tǒng)中占用4字節(jié)、64位系統(tǒng)中占用8字節(jié)。我們聲明的第一個結(jié)構(gòu)體類型TerraformResource
CPU需要讀取11個字才能讀完:
但對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)體只需要讀取9個字:
通過恰當(dāng)?shù)貙Y(jié)構(gòu)體進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)排序我們可以讓內(nèi)存分配和CPU 讀取都變得高效。
到此這篇關(guān)于Golang如何編寫內(nèi)存高效及CPU調(diào)優(yōu)的Go結(jié)構(gòu)體的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go CPU調(diào)優(yōu)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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