Golang對struct字段重新排序優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)性能實(shí)踐

更新時(shí)間：2023年12月15日 11:44:18 作者：俞凡

這篇文章主要為大家介紹了Golang對struct字段重新排序優(yōu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)性能實(shí)踐,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步,早日升職加薪

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(nèi)存對齊方式，就可以獲得明顯的內(nèi)存和執(zhí)行效率提升。

如果你有 Golang 開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，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(nèi)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(gè)具有相同字段的結(jié)構(gòu)體。然后編寫一個(gè)簡單程序分別輸出其內(nèi)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(nèi)存使用方面并不一樣。

是什么原因?qū)е聝蓚€(gè)完全相似的 struct 消耗的內(nèi)存不同？

答案在于數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中的排列方式。

簡而言之，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊

CPU 以字(word)為單位讀取數(shù)據(jù)，而不是字節(jié)(byte)。

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

簡而言之，CPU 以其字長的倍數(shù)讀取內(nèi)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(gè)周期來訪問數(shù)據(jù)。

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

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

非常低效。

因此需要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊，讓計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)存儲在等于數(shù)據(jù)大小倍數(shù)的地址上。

例如，2 字節(jié)數(shù)據(jù)可以存儲在內(nèi)存 0、2 或 4 中，而 4 字節(jié)數(shù)據(jù)可以存儲在內(nèi)存 0、4 或 8 中。

通過簡單的對齊數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)確?？梢栽谝粋€(gè) CPU 周期內(nèi)檢索到變量passportNum。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)填充

填充是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對齊的關(guān)鍵。

計(jì)算機(jī)通過在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間填充額外的字節(jié)，從而對齊字段。

這就是額外內(nèi)存的來源！

我們來回顧一下BadStruct和GoodStruct。

GoodStruct消耗更少的內(nèi)存，僅僅因?yàn)榕cBadStruct相比，其 struct 字段順序更合理。

由于填充，兩個(gè) 13 字節(jié)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(nèi)存！

這種優(yōu)化為什么重要？

問題來了，你為什么要關(guān)心這個(gè)？

兩個(gè)方面，速度和內(nèi)存使用。

我們做一個(gè)簡單的基準(zhǔn)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(jìn)行基準(zhǔn)測試的方法是循環(huán)遍歷數(shù)組，并將 struct 字段累加到變量中。