一、概述

隨著科技的進(jìn)步，人人都想要快速的應(yīng)用，用戶想要快速的交付，開發(fā)者想要快速的性能，創(chuàng)業(yè)者想要兩者兼而有之。這就需要優(yōu)化您的應(yīng)用程序性能。您需要提高應(yīng)用程序的速度和性能，使其成為市場上最好的。您想要優(yōu)化 Golang 應(yīng)用程序的主要原因有兩個(gè)——資源效率和改善操作延遲。您的應(yīng)用程序的最終目標(biāo)應(yīng)該是它不需要太多資源而繼續(xù)等待操作。盡管您的 Golang 應(yīng)用程序太復(fù)雜以至于無法執(zhí)行其中一項(xiàng)任務(wù)，但它必須依賴另一項(xiàng)任務(wù)，這樣一來，它就變成了一個(gè)死循環(huán)的依賴項(xiàng)。本文將討論一些關(guān)于提高 Golang 應(yīng)用程序性能的最佳實(shí)踐。

二、關(guān)于性能優(yōu)化的方向

延遲問題

延遲優(yōu)化需要分析程序的瓶頸。主要目的在于優(yōu)化特定功能的延遲。當(dāng)您提高程序的資源效率時(shí)，延遲會(huì)自動(dòng)改善。然而，改善延遲可能需要增加資源消耗。故此，我們需要意識(shí)到程序的瓶頸和熱點(diǎn)，并同時(shí)處理這些問題。

資源效率

您可以提高應(yīng)用程序性能以優(yōu)化資源使用。程序的某些部分比其他部分需要更多的資源，您應(yīng)該為您的應(yīng)用程序找到這樣的熱點(diǎn)。如 CPU、帶寬或內(nèi)存。

算法效率

通常程序可以采用不同的算法來執(zhí)行相同的操作，但效率往往因?yàn)楦鞣N因素不一而產(chǎn)生不一樣的效果，所以通過實(shí)施算法優(yōu)化，我們可以最大限度地提高應(yīng)用程序的性能。

三、提高 Golang 應(yīng)用程序性能的最佳實(shí)踐

1. 并行化 CPU 工作

同步需要花費(fèi)大量時(shí)間，當(dāng)您使用可用內(nèi)核并行工作時(shí)，它肯定會(huì)優(yōu)化 Golang 應(yīng)用程序性能。這是線性加速應(yīng)用程序執(zhí)行的重要一步。這也屬于Golang相對(duì)于其他語言的天然優(yōu)勢（自帶彈藥庫）。另外并行不一定最優(yōu)，但能并行的場景，必然對(duì)我們有利，因?yàn)镚olang天生麗質(zhì)。

下面我們以計(jì)算也給目錄的文件總大小為例。分別以非并行和并行兩種方式進(jìn)行對(duì)比

//非并行版本

package main

import (
	"fmt"
	"io/ioutil"
	"log"
	"path/filepath"
	"time"
)

const (
	//目標(biāo)目錄
	TargetPath = "G:\\go"
)

// 遞歸計(jì)算目錄下所有文件
func walkDir(path string, fileSize chan<- int64) {
	fmt.Printf("\rwalk ... %s\n", path)
	entries, err := ioutil.ReadDir(path)
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
		return
	}
	for _, e := range entries {
		if e.IsDir() {
			walkDir(filepath.Join(path, e.Name()), fileSize)
		} else {
			fileSize <- e.Size()
		}
	}
}

func main() {
	//文件大小chennel
	fileSize := make(chan int64)
	//文件總大小
	var sizeCount int64
	//文件數(shù)目
	var fileCount int

	//計(jì)算目錄下所有文件占的大小總和
	go func() {
		walkDir(TargetPath, fileSize)
		defer close(fileSize)
	}()

	t := time.Now()
	for size := range fileSize {
		fileCount++
		sizeCount += size
	}
	fmt.Println("used time: " + time.Since(t).String())
	fmt.Printf("total size: %.1fGB\nfile count: %d\n", float64(sizeCount)/1e9, fileCount)
}

//-------------結(jié)果---------------

used time: 41.6566073s
total size: 8.5GB
file count: 416088

//并行版本

package main

import (
	"fmt"
	"io/ioutil"
	"log"
	"path/filepath"
	"sync"
	"time"
)

const (
	//goTest目錄
	TargetPath = "G:\\go"
)

var waitGroup sync.WaitGroup
var ch = make(chan struct{}, 255)

// 遞歸計(jì)算目錄下所有文件
func walkDir(path string, fileSize chan<- int64) {
	defer waitGroup.Done()
	fmt.Printf("\rwalk ... %s\n", path)
	ch <- struct{}{} //限制并發(fā)量
	entries, err := ioutil.ReadDir(path)
	<-ch
	if err != nil {
		log.Fatal(err)
		return
	}
	for _, e := range entries {
		if e.IsDir() {
			waitGroup.Add(1)
			go walkDir(filepath.Join(path, e.Name()), fileSize)
		} else {
			fileSize <- e.Size()
		}
	}
}

func main() {
	//文件大小chennel
	fileSize := make(chan int64)
	//文件總大小
	var sizeCount int64
	//文件數(shù)目
	var fileCount int
	//計(jì)算目錄下所有文件占的大小總和
	waitGroup.Add(1)
	go walkDir(TargetPath, fileSize)
	go func() {
		defer close(fileSize)
		waitGroup.Wait()
	}()
	t := time.Now()
	for size := range fileSize {
		fileCount++
		sizeCount += size
	}
	fmt.Println("used time: " + time.Since(t).String())
	fmt.Printf("total size: %.1fGB\nfile count: %d\n", float64(sizeCount)/1e9, fileCount)
}
//-------------結(jié)果---------------
used time: 7.3528287s
total size: 8.5GB 
file count: 416088

很明顯，我們采用并行方式后，程序的運(yùn)行效率提升了接近6倍，所以，我們在適當(dāng)場景下使用合適的方式進(jìn)行并行編程，就能為我們程序帶來意想不到的效果。當(dāng)然上面的代碼有些瑕疵，例如goroutine的創(chuàng)建不應(yīng)該手動(dòng)，而應(yīng)該使用協(xié)程池等方式。

2.觀察你的超時(shí)

通常，輸入輸出操作需要更多時(shí)間，從而導(dǎo)致延遲。要克服這個(gè)問題，您應(yīng)該避免在不知道其將消耗的時(shí)間的情況下執(zhí)行任何 I/O 任務(wù)。在為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)請求設(shè)置超時(shí)之前，您應(yīng)該使用 SetDeadline、SetReadDeadline 和 SetWriteDeadline。

3. 使 I/O 操作異步

最常見的瓶頸是由于網(wǎng)絡(luò)事務(wù)和文件輸入/輸出執(zhí)行造成的。因此，為了優(yōu)化您的 Golang 應(yīng)用程序性能，您可以使獨(dú)立的 I/O 異步。以這種方式，此類操作并行運(yùn)行并改善下游延遲。此外，您可以使用 sync.WaitGroup 來同步多個(gè) I/O 操作。

4.減少Goroutines的使用

使用 Goroutines 非常便宜且易于使用，這讓我們覺得它幾乎是免費(fèi)的。但 goroutines 確實(shí)會(huì)占用大量內(nèi)存，從而影響應(yīng)用程序性能。通常，Go 開發(fā)人員會(huì)在不計(jì)算或不知道何時(shí)退出的情況下創(chuàng)建無限的 goroutine。因此，建議您僅在知道 goroutine 何時(shí)退出時(shí)才啟動(dòng)它。采用協(xié)程池來進(jìn)行管理，我們不再贅述如何創(chuàng)建一個(gè)協(xié)程池，其他章節(jié)中我們將重點(diǎn)介紹。

5. 使用無鎖算法

您應(yīng)該避免同步，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致競爭。為了提高延遲和效率，您應(yīng)該防止互斥。許多無鎖解決方案可用于一些常見的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如果確實(shí)需要鎖，你首選的應(yīng)該為atomic,然后才為mutex。

6. 使用已編譯的正則表達(dá)式

有些程序可能會(huì)多次使用同一個(gè)正則表達(dá)式，如果在每次使用前都編譯正則表達(dá)式，應(yīng)用程序會(huì)很低效。因此，對(duì)于重復(fù)匹配，您應(yīng)該使用已編譯的正則表達(dá)式。 性能差距還是很明顯的，需要注意。

7.避免使用cgo

Go 程序可以通過使用 cgo 調(diào)用 C 庫。但是cgo函數(shù)的開銷很大，它在運(yùn)行過程中會(huì)消耗線程，就像阻塞I/O一樣。您不應(yīng)該在緊密循環(huán)之間調(diào)用 C 代碼。為了 Golang 應(yīng)用程序的最佳性能，最好避免使用 cgo。后續(xù)的文章中我們將介紹如何優(yōu)化cgo的性能。（既然不得不用，那么將如何用好cgo)

8.不要在熱點(diǎn)分配內(nèi)存

當(dāng)您創(chuàng)建新對(duì)象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)消耗內(nèi)存和 CPU 周期，從而增加延遲。它占用GC效率，所以頻繁創(chuàng)建對(duì)象可不是個(gè)好事情，尤其是在熱點(diǎn)地區(qū)。因此，只要有可能，您應(yīng)該重用對(duì)象，考慮sync.Pool

9.用好sync.RWMutex

同步的重對(duì)象的完全鎖定，goroutines 需要等待很長時(shí)間。因此在讀多寫少的場景中，優(yōu)先考慮sync.RWMutex

10. 在文本格式上使用二進(jìn)制 -

兩種二進(jìn)制文本格式在 PostgresSQL 中均有效。但是二進(jìn)制比文本格式快。使用二進(jìn)制形式時(shí)，僅在從網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換時(shí)才需要處理。因此，對(duì)于 PostgresSQL 服務(wù)器，二進(jìn)制格式比文本格式的傳輸效率更高。

11. 利用緩沖 I/O-

訪問單個(gè)對(duì)象需要磁盤操作，這會(huì)破壞程序的效率。使用緩沖輸入/輸出將有效地提高您的應(yīng)用程序速度，它必須讀取和寫入更大的數(shù)據(jù)塊。

12. 更喜歡使用 StringBuffer 或 StringBuilder-

使用“+”和“+=”運(yùn)算符，系統(tǒng)在每次賦值時(shí)分配一個(gè)新字符串。為了克服這種低效率，您應(yīng)該使用 StringBuffer 和 StringBuilder 來快速執(zhí)行您的程序。具體見我另一篇文章：再論Golang字符串拼接問題

13. 選擇 Protocol Buffers 和 MessagePack

避免使用官方提供的Gob 和 JSON 作為序列化反序列化方案，因?yàn)樗鼈兪褂昧朔瓷?，?shí)現(xiàn)的方式相當(dāng)丑陋。我們推薦應(yīng)該使用 Protocol Buffers 和 MessagePack作為二進(jìn)制的序列化方案，當(dāng)然你非要用json序列化和反序列化，我們給出社區(qū)中給出的兩種技術(shù)方案，都對(duì)JSON的操作進(jìn)行性能上的優(yōu)化。

1.sonic

sonic 是字節(jié)跳動(dòng)開源的一款 Golang JSON 庫，基于即時(shí)編譯（Just-In-Time Compilation）與向量化編程（Single Instruction Multiple Data）技術(shù)，大幅提升了 Go 程序的 JSON 編解碼性能。同時(shí)結(jié)合 lazy-load 設(shè)計(jì)思想，它也為不同業(yè)務(wù)場景打造了一套全面高效的 API。自 2021 年 7 月份發(fā)布以來， sonic 已被抖音、今日頭條等業(yè)務(wù)采用，累計(jì)為字節(jié)跳動(dòng)節(jié)省了數(shù)十萬 CPU 核。

項(xiàng)目地址：sonic

2.go-json

go-json與其他庫相比，在編碼和解碼方面都非?？臁?通過使用自動(dòng)代碼生成來提高性能或使用專用接口，它更容易實(shí)現(xiàn)，但敢于堅(jiān)持與 并且是簡單接口的兼容性。另外它高度兼容系統(tǒng)json庫，所以你可以快速在你的項(xiàng)目中進(jìn)行替換使用。它采用對(duì)象池，避免反射等手段進(jìn)行優(yōu)化，以后的章節(jié)中我們將重點(diǎn)介紹反射的優(yōu)化技術(shù)。

14.預(yù)分配切片

當(dāng)您的需求達(dá)到其當(dāng)前容量時(shí)，Golang 會(huì)自動(dòng)分配內(nèi)存。在重新分配期間，系統(tǒng)會(huì)在數(shù)據(jù)移動(dòng)到新位置時(shí)新的內(nèi)存。為了避免這種內(nèi)存浪費(fèi)和不必要的垃圾收集，您應(yīng)該盡可能預(yù)分配足夠的使用內(nèi)存。切片不是List,所以不要以為 var s =[]int={}，以后直接append就好了，因?yàn)椴粩嗟臄U(kuò)容會(huì)帶來無窮的性能損害。

15. 對(duì)map能使用 int就別string

如果您的應(yīng)用程序使用map，那么您應(yīng)該在可以使用int作為key時(shí)就不要用string作為key。

四、總結(jié)

可靠性和應(yīng)用程序性能都很重要。永遠(yuǎn)記住，應(yīng)用程序性能速度是以毫不費(fèi)力、開發(fā)時(shí)間和持續(xù)維護(hù)為代價(jià)的。如果您要構(gòu)建 Golang 應(yīng)用程序，了解上述提高 Golang 應(yīng)用程序性能的提示和技巧將有助于您進(jìn)行有效的應(yīng)用程序開發(fā)。

以上就是Golang應(yīng)用程序性能優(yōu)化技巧分享的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Golang程序性能優(yōu)化的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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