带你了解五种加速Go的特性和如何实现它们

Anthony Starks 使用他出色的 Deck 演示工具重构了我原来的基于 Google Slides 的幻灯片。你可以在他的博客上查看他重构后的幻灯片, 

成都创新互联服务项目包括化德网站建设、化德网站制作、化德网页制作以及化德网络营销策划等。多年来，我们专注于互联网行业，利用自身积累的技术优势、行业经验、深度合作伙伴关系等，向广大中小型企业、政府机构等提供互联网行业的解决方案，化德网站推广取得了明显的社会效益与经济效益。目前，我们服务的客户以成都为中心已经辐射到化德省份的部分城市，未来相信会继续扩大服务区域并继续获得客户的支持与信任！

mindchunk.blogspot.com.au/2014/06/remixing-with-deck。

我最近被邀请在 Gocon 发表演讲，这是一个每半年在日本东京举行的 Go 的精彩大会。Gocon 2014 是一个完全由社区驱动的为期一天的活动，由培训和一整个下午的围绕着生产环境中的 Go 这个主题的演讲组成。（LCTT 译注：本文发表于 2014 年）

以下是我的讲义。原文的结构能让我缓慢而清晰的演讲，因此我已经编辑了它使其更可读。

我要感谢 Bill Kennedy 和 Minux Ma，特别是 Josh Bleecher Snyder，感谢他们在我准备这次演讲中的帮助。

大家下午好。

我叫 David.

我很高兴今天能来到 Gocon。我想参加这个会议已经两年了，我很感谢主办方能提供给我向你们演讲的机会。

Gocon 2014

我想以一个问题开始我的演讲。

为什么选择 Go？

当大家讨论学习或在生产环境中使用 Go 的原因时，答案不一而足，但因为以下三个原因的最多。

Gocon 2014

这就是 TOP3 的原因。

***，并发。

Go 的 并发原语Concurrency Primitives 对于来自 Nodejs，Ruby 或 Python 等单线程脚本语言的程序员，或者来自 C++ 或 Java 等重量级线程模型的语言都很有吸引力。

易于部署。

我们今天从经验丰富的 Gophers 那里听说过，他们非常欣赏部署 Go 应用的简单性。

Gocon 2014

然后是性能。

我相信人们选择 Go 的一个重要原因是它 快。

Gocon 2014 (4)

在今天的演讲中，我想讨论五个有助于提高 Go 性能的特性。

我还将与大家分享 Go 如何实现这些特性的细节。

Gocon 2014 (5)

我要谈的***个特性是 Go 对于值的高效处理和存储。

Gocon 2014 (6)

这是 Go 中一个值的例子。编译时，gocon 正好消耗四个字节的内存。

让我们将 Go 与其他一些语言进行比较

Gocon 2014 (7)

由于 Python 表示变量的方式的开销，使用 Python 存储相同的值会消耗六倍的内存。

Python 使用额外的内存来跟踪类型信息，进行 引用计数Reference Counting 等。

让我们看另一个例子：

Gocon 2014 (8)

与 Go 类似，Java 消耗 4 个字节的内存来存储 int 型。

但是，要在像 List 或 Map 这样的集合中使用此值，编译器必须将其转换为 Integer 对象。

Gocon 2014 (9)

因此，Java 中的整数通常消耗 16 到 24 个字节的内存。

为什么这很重要？ 内存便宜且充足，为什么这个开销很重要？

Gocon 2014 (10)

这是一张显示 CPU 时钟速度与内存总线速度的图表。

请注意 CPU 时钟速度和内存总线速度之间的差距如何继续扩大。

两者之间的差异实际上是 CPU 花费多少时间等待内存。

Gocon 2014 (11)

自 1960 年代后期以来，CPU 设计师已经意识到了这个问题。

他们的解决方案是一个缓存，一个更小、更快的内存区域，介入 CPU 和主存之间。

Gocon 2014 (12)

这是一个 Location 类型，它保存物体在三维空间中的位置。它是用 Go 编写的，因此每个 Location 只消耗 24 个字节的存储空间。

我们可以使用这种类型来构造一个容纳 1000 个 Location 的数组类型，它只消耗 24000 字节的内存。

在数组内部，Location 结构体是顺序存储的，而不是随机存储的 1000 个 Location 结构体的指针。

这很重要，因为现在所有 1000 个 Location 结构体都按顺序放在缓存中，紧密排列在一起。

Gocon 2014 (13)

Go 允许您创建紧凑的数据结构，避免不必要的填充字节。

紧凑的数据结构能更好地利用缓存。

更好的缓存利用率可带来更好的性能。

Gocon 2014 (14)

函数调用不是无开销的。

Gocon 2014 (15)

调用函数时会发生三件事。

创建一个新的 栈帧Stack Frame，并记录调用者的详细信息。

在函数调用期间可能被覆盖的任何寄存器都将保存到栈中。

处理器计算函数的地址并执行到该新地址的分支。

Gocon 2014 (16)

由于函数调用是非常常见的操作，因此 CPU 设计师一直在努力优化此过程，但他们无法消除开销。

函调固有开销，或重于泰山，或轻于鸿毛，这取决于函数做了什么。

减少函数调用开销的解决方案是 内联Inlining。

Gocon 2014 (17)

Go 编译器通过将函数体视为调用者的一部分来内联函数。

内联也有成本，它增加了二进制文件大小。

只有当调用开销与函数所做工作关联度的很大时内联才有意义，因此只有简单的函数才能用于内联。

复杂的函数通常不受调用它们的开销所支配，因此不会内联。

Gocon 2014 (18)

这个例子显示函数 Double 调用 util.Max。

为了减少调用 util.Max 的开销，编译器可以将 util.Max 内联到 Double 中，就象这样

Gocon 2014 (19)

内联后不再调用 util.Max，但是 Double 的行为没有改变。

内联并不是 Go 独有的。几乎每种编译或及时编译的语言都执行此优化。但是 Go 的内联是如何实现的？

Go 实现非常简单。编译包时，会标记任何适合内联的小函数，然后照常编译。

然后函数的源代码和编译后版本都会被存储。

Gocon 2014 (20)

此幻灯片显示了 util.a 的内容。源代码已经过一些转换，以便编译器更容易快速处理。

当编译器编译 Double 时，它看到 util.Max 可内联的，并且 util.Max 的源代码是可用的。

就会替换原函数中的代码，而不是插入对 util.Max 的编译版本的调用。

拥有该函数的源代码可以实现其他优化。

Gocon 2014 (21)

在这个例子中，尽管函数 Test 总是返回 false，但 Expensive 在不执行它的情况下无法知道结果。

当 Test 被内联时，我们得到这样的东西。

Gocon 2014 (22)

编译器现在知道 Expensive 的代码无法访问。

这不仅节省了调用 Test 的成本，还节省了编译或运行任何现在无法访问的 Expensive 代码。

Go 编译器可以跨文件甚至跨包自动内联函数。还包括从标准库调用的可内联函数的代码。

Gocon 2014 (23)

强制垃圾回收Mandatory Garbage Collection 使 Go 成为一种更简单，更安全的语言。

这并不意味着垃圾回收会使 Go 变慢，或者垃圾回收是程序速度的瓶颈。

这意味着在堆上分配的内存是有代价的。每次 GC 运行时都会花费 CPU 时间，直到释放内存为止。

Gocon 2014 (24)

然而，有另一个地方分配内存，那就是栈。

与 C 不同，它强制您选择是否将值通过 malloc 将其存储在堆上，还是通过在函数范围内声明将其储存在栈上；Go 实现了一个名为 逃逸分析Escape Analysis 的优化。

Gocon 2014 (25)

逃逸分析决定了对一个值的任何引用是否会从被声明的函数中逃逸。

如果没有引用逃逸，则该值可以安全地存储在栈中。

存储在栈中的值不需要分配或释放。

让我们看一些例子

Gocon 2014 (26)

Sum 返回 1 到 100 的整数的和。这是一种相当不寻常的做法，但它说明了逃逸分析的工作原理。

因为切片 numbers 仅在 Sum 内引用，所以编译器将安排到栈上来存储的 100 个整数，而不是安排到堆上。

没有必要回收 numbers，它会在 Sum 返回时自动释放。

Gocon 2014 (27)

第二个例子也有点尬。在 CenterCursor 中，我们创建一个新的 Cursor 对象并在 c 中存储指向它的指针。

然后我们将 c 传递给 Center() 函数，它将 Cursor 移动到屏幕的中心。

***我们打印出那个 ‘Cursor` 的 X 和 Y 坐标。

即使 c 被 new 函数分配了空间，它也不会存储在堆上，因为没有引用 c 的变量逃逸 CenterCursor 函数。

Gocon 2014 (28)

默认情况下，Go 的优化始终处于启用状态。可以使用 -gcflags = -m 开关查看编译器的逃逸分析和内联决策。

因为逃逸分析是在编译时执行的，而不是运行时，所以无论垃圾回收的效率如何，栈分配总是比堆分配快。

我将在本演讲的其余部分详细讨论栈。

Gocon 2014 (29)

Go 有 goroutine。 这是 Go 并发的基石。

我想退一步，探索 goroutine 的历史。

最初，计算机一次运行一个进程。在 60 年代，多进程或 分时Time Sharing 的想法变得流行起来。

在分时系统中，操作系统必须通过保护当前进程的现场，然后恢复另一个进程的现场，不断地在这些进程之间切换 CPU 的注意力。

这称为 进程切换。

Gocon 2014 (30)

进程切换有三个主要开销。

首先，内核需要保护该进程的所有 CPU 寄存器的现场，然后恢复另一个进程的现场。

内核还需要将 CPU 的映射从虚拟内存刷新到物理内存，因为这些映射仅对当前进程有效。

***是操作系统 上下文切换Context Switch 的成本，以及 调度函数Scheduler Function 选择占用 CPU 的下一个进程的开销。

Gocon 2014 (31)

现代处理器中有数量惊人的寄存器。我很难在一张幻灯片上排开它们，这可以让你知道保护和恢复它们需要多少时间。

由于进程切换可以在进程执行的任何时刻发生，因此操作系统需要存储所有寄存器的内容，因为它不知道当前正在使用哪些寄存器。

Gocon 2014 (32)

这导致了线程的出生，这些线程在概念上与进程相同，但共享相同的内存空间。

由于线程共享地址空间，因此它们比进程更轻，因此创建速度更快，切换速度更快。

Gocon 2014 (33)

Goroutine 升华了线程的思想。

Goroutine 是 协作式调度Cooperative Scheduled
的，而不是依靠内核来调度。

当对 Go 运行时调度器Runtime Scheduler 进行显式调用时，goroutine 之间的切换仅发生在明确定义的点上。

编译器知道正在使用的寄存器并自动保存它们。

Gocon 2014 (34)

虽然 goroutine 是协作式调度的，但运行时会为你处理。

Goroutine 可能会给禅让给其他协程时刻是：

• 阻塞式通道发送和接收。
• Go 声明，虽然不能保证会立即调度新的 goroutine。
• 文件和网络操作式的阻塞式系统调用。
• 在被垃圾回收循环停止后。

新闻名称：带你了解五种加速Go的特性和如何实现它们
网页URL：http://www.36103.cn/qtweb/news3/39853.html

网站建设、网络推广公司-创新互联，是专注品牌与效果的网站制作，网络营销seo公司；服务项目有等

广告

声明：本网站发布的内容（图片、视频和文字）以用户投稿、用户转载内容为主，如果涉及侵权请尽快告知，我们将会在第一时间删除。文章观点不代表本网站立场，如需处理请联系客服。电话：028-86922220；邮箱：631063699@qq.com。内容未经允许不得转载，或转载时需注明来源： 创新互联