通過對 struct 字段重新排序

僅僅通過對 struct 字段重新排序，優(yōu)化內存對齊方式，就可以獲得明顯的內存和執(zhí)行效率提升。

如果你有 Golang 開發(fā)經驗，一定定義過 struct 類型。

但可能你不知道，通過簡單的重新排序 struct 字段，可以極大提高 Go 程序的速度和內存使用效率！

是不是難以置信？我們一起來看一下吧！

簡單 Demo

type BadStruct struct {
  age         uint8
  passportNum uint64
  siblings    uint16
}
type GoodStruct struct {
  age         uint8
  siblings    uint16
  passportNum uint64
}

在上面的代碼片段中，我們創(chuàng)建了兩個具有相同字段的結構體。然后編寫一個簡單程序分別輸出其內存使用情況。

// Output
Bad struct is 24 bytes long
Good struct is 16 bytes long

如你所見，它們在內存使用方面并不一樣。

是什么原因導致兩個完全相似的 struct 消耗的內存不同？

答案在于數據在計算機內存中的排列方式。

簡而言之，數據結構對齊。

數據結構對齊

CPU 以字(word)為單位讀取數據，而不是字節(jié)(byte)。

64 位系統(tǒng)中，一個 word 是 8 個字節(jié)，而 32 位系統(tǒng)中，一個 word 是 4 個字節(jié)。

簡而言之，CPU 以其字長的倍數讀取內存地址。

想象一下，在 64 位系統(tǒng)中，為了獲取變量passportNum，CPU 需要兩個周期來訪問數據。

第一個周期將獲取內存的 0 到 7 字節(jié)，下一個周期獲取其余內存字節(jié)。

把它想象成一個筆記本，每頁只能存儲一個字大小的數據(在本例中為 8 字節(jié))。如果passportNum分散在兩個頁，則需要兩次讀取才能檢索到完整的數據。

非常低效。

因此需要數據結構對齊，讓計算機將數據存儲在等于數據大小倍數的地址上。

例如，2 字節(jié)數據可以存儲在內存 0、2 或 4 中，而 4 字節(jié)數據可以存儲在內存 0、4 或 8 中。

通過簡單的對齊數據，計算機確?？梢栽谝粋€ CPU 周期內檢索到變量passportNum。

數據結構填充

填充是實現數據對齊的關鍵。

計算機通過在數據結構之間填充額外的字節(jié)，從而對齊字段。

這就是額外內存的來源！

我們來回顧一下BadStruct和GoodStruct。

GoodStruct消耗更少的內存，僅僅因為與BadStruct相比，其 struct 字段順序更合理。

由于填充，兩個 13 字節(jié)的數據結構分別變成了 16 字節(jié)和 24 字節(jié)。

因此，可以僅僅通過對 struct 字段重新排序來節(jié)省額外的內存！

這種優(yōu)化為什么重要？

問題來了，你為什么要關心這個？

兩個方面，速度和內存使用。

我們做一個簡單的基準測試來證明！

func traverseGoodStruct() uint16 {
  var arbitraryNum uint16
  for _, goodStruct := range GoodStructArr {
    arbitraryNum += goodStruct.siblings
  }
  return arbitraryNum
}
func traverseBadStruct() uint16 {
  var arbitraryNum uint16
  for _, badStruct := range BadStructArr {
    arbitraryNum += badStruct.siblings
  }
  return arbitraryNum
}
func BenchmarkTraverseGoodStruct(b *testing.B) {
  for n := 0; n < b.N; n++ {
    traverseGoodStruct()
  }
}
func BenchmarkTraverseBadStruct(b *testing.B) {
  for n := 0; n < b.N; n++ {
    traverseBadStruct()
  }
}

對GoodStruct和BadStruct進行基準測試的方法是循環(huán)遍歷數組，并將 struct 字段累加到變量中。

從結果中可以看出，遍歷GoodStruct確實比BadStruct花費時間更少。

對 struct 字段重排序可以優(yōu)化應用程序的內存使用和速度。

想象一下，維護一個具有大量結構體的大型應用程序，改變將會更為明顯。

結語

好了，全文到此為止，我們以一個簡單的行動呼吁來結束:一定要對 struct 結構字段進行重排序！

以上就是Golang對struct字段重新排序優(yōu)化數據結構性能實踐的詳細內容，更多關于Golang struct重新排序的資料請關注腳本之家其它相關文章！

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