切片為什么要做內(nèi)存優(yōu)化

Go 語言的切片是一個(gè)動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以方便地對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)容和縮容操作。由于切片的底層實(shí)現(xiàn)是通過數(shù)組來實(shí)現(xiàn)的，因此在使用切片時(shí)，需要注意內(nèi)存分配和釋放的開銷。這也是為什么需要對(duì)切片的內(nèi)存使用進(jìn)行優(yōu)化的原因。

內(nèi)存分配和釋放是非常耗時(shí)的操作，因此頻繁地對(duì)切片進(jìn)行重新分配和釋放會(huì)影響程序的性能和效率。當(dāng)程序中的數(shù)據(jù)量增加時(shí)，內(nèi)存分配和釋放的開銷也會(huì)增加，這會(huì)導(dǎo)致程序變得更加緩慢。

因此，在使用切片時(shí)，需要注意內(nèi)存使用的優(yōu)化，盡可能地避免頻繁地進(jìn)行內(nèi)存分配和釋放操作。優(yōu)化內(nèi)存使用可以減少程序的運(yùn)行時(shí)間和內(nèi)存占用，提高程序的性能和效率。

切片優(yōu)化內(nèi)存的技巧

Go 語言中的切片是一個(gè)非常方便的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它可以動(dòng)態(tài)地增加或縮小其長度。在處理大量數(shù)據(jù)的情況下，對(duì)切片的內(nèi)存使用進(jìn)行優(yōu)化是非常重要的。下面是一些優(yōu)化切片內(nèi)存使用的技巧：

• 預(yù)分配切片的容量 在創(chuàng)建切片時(shí)，如果能夠預(yù)先知道其容量，最好設(shè)置好預(yù)期的容量。這樣可以避免內(nèi)存重新分配的開銷。
• 重用底層數(shù)組 盡可能地重用底層數(shù)組可以減少內(nèi)存分配和釋放的開銷?？梢允褂们衅那衅僮骱?copy 函數(shù)來復(fù)制數(shù)據(jù)，避免創(chuàng)建新的切片。
• 使用 append 函數(shù)時(shí)預(yù)分配容量 如果在使用 append 函數(shù)時(shí)預(yù)先分配足夠的容量，可以避免內(nèi)存重新分配的開銷。盡可能地避免在循環(huán)中多次使用 append 函數(shù)，這將導(dǎo)致多次內(nèi)存重新分配。
• 使用 sync.Pool 減少內(nèi)存分配和釋放的開銷 sync.Pool 是 Go 語言中用于池化對(duì)象的包。通過使用 sync.Pool，可以重復(fù)使用之前分配的對(duì)象，避免頻繁的內(nèi)存分配和釋放操作。

總之，在使用切片時(shí)，需要注意內(nèi)存分配和釋放的開銷，并盡可能地優(yōu)化內(nèi)存使用，以提高程序的性能和效率。

實(shí)戰(zhàn)案例

1.通過重用底層數(shù)組來避免內(nèi)存分配和釋放的開銷

package?main

import?"fmt"

func?main()?{
????var?s1?[]int
????var?s2?[]int

????for?i?:=?0;?i?<?10000000;?i++?{
????????s1?=?append(s1,?i)
????????s2?=?append(s2,?i*2)
????}

????fmt.Printf("s1:?%d,?s2:?%d\n",?len(s1),?len(s2))

????s1?=?s1[:0]
????s2?=?s2[:0]

????for?i?:=?0;?i?<?10000000;?i++?{
????????s1?=?append(s1,?i)
????????s2?=?append(s2,?i*2)
????}

????fmt.Printf("s1:?%d,?s2:?%d\n",?len(s1),?len(s2))

????s1?=?s1[:0]
????s2?=?s2[:0]

????for?i?:=?0;?i?<?10000000;?i++?{
????????if?i?<?len(s1)?{
????????????s1[i]?=?i
????????}?else?{
????????????s1?=?append(s1,?i)
????????}

????????if?i?<?len(s2)?{
????????????s2[i]?=?i?*?2
????????}?else?{
????????????s2?=?append(s2,?i*2)
????????}
????}

????fmt.Printf("s1:?%d,?s2:?%d\n",?len(s1),?len(s2))
}

這個(gè)程序中，首先通過 append 函數(shù)向兩個(gè)切片 s1 和 s2 中添加了 10000000 個(gè)元素。然后，通過將切片設(shè)置為切片的零長度來重用底層數(shù)組，避免頻繁的內(nèi)存分配和釋放操作。最后，通過直接訪問切片中的元素來避免創(chuàng)建新的切片。

運(yùn)行該程序，可以看到輸出結(jié)果：

[root@devhost temp-test]# go run test-temp.go 
s1: 10000000, s2: 10000000
s1: 10000000, s2: 10000000
s1: 10000000, s2: 10000000
[root@devhost temp-test]# 

可以看到，在重用底層數(shù)組之后，程序的運(yùn)行時(shí)間沒有顯著變化，并且內(nèi)存使用也更加高效。

2.使用 sync.Pool 減少內(nèi)存分配和釋放的開銷案例 假設(shè)我們需要對(duì)一個(gè)較大的二維數(shù)組進(jìn)行遍歷，并對(duì)每個(gè)元素進(jìn)行處理。由于該數(shù)組的大小較大，為了減少內(nèi)存分配和釋放的開銷，我們可以使用 sync.Pool 來緩存一部分已經(jīng)分配的內(nèi)存。

package?main

import?(
?"fmt"
?"math/rand"
?"sync"
?"time"
)

const?(
?rows?=?10000
?cols?=?10000
)

func?main()?{
?//?生成二維數(shù)組
?rand.Seed(time.Now().UnixNano())
?arr?:=?make([][]int,?rows)
?for?i?:=?range?arr?{
??arr[i]?=?make([]int,?cols)
??for?j?:=?range?arr[i]?{
???arr[i][j]?=?rand.Intn(1000)
??}
?}

?//?使用?sync.Pool?緩存一部分內(nèi)存
?pool?:=?sync.Pool{
??New:?func()?interface{}?{
???return?make([]int,?cols)
??},
?}

?//?遍歷二維數(shù)組并對(duì)每個(gè)元素進(jìn)行處理
?for?i?:=?range?arr?{
??row?:=?pool.Get().([]int)
??copy(row,?arr[i])
??go?func(row?[]int)?{
???for?j?:=?range?row?{
????row[j]?=?process(row[j])
???}
???pool.Put(row)
??}(row)
?}

?fmt.Println("All?elements?are?processed!")
}

//?對(duì)元素進(jìn)行處理的函數(shù)
func?process(x?int)?int?{
?time.Sleep(time.Duration(x)?*?time.Millisecond)
?return?x?*?2
}

運(yùn)行該程序，可以看到輸出結(jié)果：

[root@devhost temp-test]# go run test-temp.go 
All elements are processed!

上述代碼中，我們使用 sync.Pool 緩存了一部分大小為 cols 的整型數(shù)組，并在遍歷二維數(shù)組時(shí)使用 Get() 方法從緩存中獲取一個(gè)數(shù)組進(jìn)行處理。由于 Get() 方法返回的是一個(gè) interface{} 類型的對(duì)象，需要使用類型斷言轉(zhuǎn)換為正確的類型。在處理完一個(gè)數(shù)組后，我們將其歸還到緩存池中，以便下一次使用時(shí)能夠直接獲取已經(jīng)分配的內(nèi)存，而不需要重新進(jìn)行分配。

在處理元素時(shí)，我們還使用了 go 關(guān)鍵字開啟了一個(gè)新的協(xié)程來執(zhí)行處理操作，以充分利用 CPU 的多核能力。在處理完成后，我們將該數(shù)組歸還到緩存池中，以便下一次使用。

通過使用 sync.Pool 緩存一部分已經(jīng)分配的內(nèi)存，可以避免頻繁地進(jìn)行內(nèi)存分配和釋放，從而提高程序的性能和效率。

3.使用 append 函數(shù)時(shí)預(yù)分配容量的案例 假設(shè)我們需要向一個(gè)空的切片中添加 1000000 個(gè)元素，并對(duì)每個(gè)元素進(jìn)行處理。由于 append 函數(shù)會(huì)在需要時(shí)自動(dòng)擴(kuò)展切片的容量，頻繁的擴(kuò)容操作會(huì)帶來較大的性能開銷，因此我們可以在使用 append 函數(shù)前預(yù)分配切片的容量，以減少擴(kuò)容操作的次數(shù)。

package?main

import?(
?"fmt"
?"math/rand"
?"time"
)

const?(
?n?=?1000000
)

func?main()?{
?//?預(yù)分配切片的容量
?data?:=?make([]int,?0,?n)

?//?向切片中添加元素并處理
?rand.Seed(time.Now().UnixNano())
?for?i?:=?0;?i?<?n;?i++?{
??data?=?append(data,?rand.Intn(1000))
?}
?for?i?:=?range?data?{
??data[i]?=?process(data[i])
?}

?fmt.Println("All?elements?are?processed!")
}

//?對(duì)元素進(jìn)行處理的函數(shù)
func?process(x?int)?int?{
?time.Sleep(time.Duration(x)?*?time.Millisecond)
?return?x?*?2
}

在上述代碼中，我們使用 make([]int, 0, n) 預(yù)分配了一個(gè)切片，其長度為 0，容量為 n，即預(yù)留了 n 個(gè)元素的存儲(chǔ)空間。在向切片中添加元素時(shí)，由于容量已經(jīng)預(yù)分配好了，append 函數(shù)不會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容操作，從而減少了性能開銷。

需要注意的是，如果預(yù)分配的容量過小，仍然會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容操作，從而導(dǎo)致性能下降。因此，預(yù)分配的容量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

4.使用預(yù)分配切片容量的案例 假設(shè)我們有一個(gè)函數(shù) readData()，可以讀取一個(gè)很大的數(shù)據(jù)文件，并將數(shù)據(jù)逐行解析為字符串?dāng)?shù)組，我們需要將這些字符串進(jìn)行進(jìn)一步處理。由于我們無法事先確定數(shù)據(jù)文件的大小，因此我們需要?jiǎng)討B(tài)地將讀取到的字符串添加到切片中。

為了避免 append 函數(shù)頻繁地進(jìn)行擴(kuò)容操作，我們可以在讀取數(shù)據(jù)前，預(yù)估數(shù)據(jù)文件的大小，并預(yù)分配切片的容量。

package?main

import?(
?"fmt"
?"os"
?"bufio"
?"strings"
)

func?main()?{
?//?預(yù)估數(shù)據(jù)文件的大小
?const?estSize?=?1000000

?//?預(yù)分配切片的容量
?data?:=?make([]string,?0,?estSize)

?//?讀取數(shù)據(jù)文件
?file,?err?:=?os.Open("data.txt")
?if?err?!=?nil?{
??panic(err)
?}
?defer?file.Close()

?scanner?:=?bufio.NewScanner(file)
?for?scanner.Scan()?{
??line?:=?scanner.Text()
??//?將讀取到的字符串添加到切片中
??data?=?append(data,?line)
?}

?if?err?:=?scanner.Err();?err?!=?nil?{
??panic(err)
?}

?//?對(duì)字符串進(jìn)行處理
?for?i,?str?:=?range?data?{
??data[i]?=?process(str)
?}

?fmt.Println("All?strings?are?processed!")
}

//?對(duì)字符串進(jìn)行處理的函數(shù)
func?process(s?string)?string?{
?return?strings.ToUpper(s)
}

在上述代碼中，我們使用 make([]string, 0, estSize) 預(yù)分配了一個(gè)空的字符串切片，其長度為 0，容量為 estSize，即預(yù)留了 estSize 個(gè)元素的存儲(chǔ)空間。在讀取數(shù)據(jù)文件時(shí)，由于容量已經(jīng)預(yù)分配好了，append 函數(shù)不會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容操作，從而減少了性能開銷。

需要注意的是，預(yù)估數(shù)據(jù)文件的大小應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，容量過小仍然會(huì)進(jìn)行擴(kuò)容操作，容量過大則會(huì)浪費(fèi)空間。

最后的總結(jié)

行切片操作時(shí)，由于切片底層的數(shù)組容量是動(dòng)態(tài)變化的，因此容易出現(xiàn)內(nèi)存分配和釋放的性能問題。

對(duì)于大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理場景，頻繁的內(nèi)存分配和釋放可能導(dǎo)致程序性能的大幅度下降，因此切片的內(nèi)存優(yōu)化是非常重要的。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整切片的容量，可以有效地減少內(nèi)存分配和釋放的開銷，提高程序的運(yùn)行效率。

此外，內(nèi)存分配和釋放的開銷也會(huì)對(duì)垃圾回收的性能產(chǎn)生影響。如果程序中存在大量的內(nèi)存分配和釋放，將會(huì)導(dǎo)致垃圾回收器頻繁地進(jìn)行掃描和回收，從而降低程序的整體性能。因此，在開發(fā)過程中，我們需要盡可能地避免內(nèi)存分配和釋放的頻繁發(fā)生，尤其是在高性能的應(yīng)用場景中。

綜上所述，golang切片優(yōu)化內(nèi)存的重要性非常高，對(duì)于需要處理大規(guī)模數(shù)據(jù)的場景，進(jìn)行切片內(nèi)存優(yōu)化可以有效地提高程序的運(yùn)行效率和性能表現(xiàn)。

到此這篇關(guān)于Go語言實(shí)戰(zhàn)之切片內(nèi)存優(yōu)化的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go語言切片內(nèi)存優(yōu)化內(nèi)容請(qǐng)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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