Golang 数据结构性能优化实践

仅仅通过对 struct 字段重新排序，优化内存对齐方式，就可以获得明显的内存和执行效率提升。原文: How to Speed Up Your Struct in Golang

如果你有 Golang 开发经验，一定定义过 struct 类型。

但可能你不知道，通过简单的重新排序 struct 字段，可以极大提高 Go 程序的速度和内存使用效率！

是不是难以置信？我们一起来看一下吧！

简单 Demo

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

在上面的代码片段中，我们创建了两个具有相同字段的结构体。然后编写一个简单程序分别输出其内存使用情况。

// OutputBad struct is 24 bytes longGood struct is 16 bytes long

如你所见，它们在内存使用方面并不一样。

是什么原因导致两个完全相似的 struct 消耗的内存不同？

答案在于数据在计算机内存中的排列方式。

简而言之，数据结构对齐。

数据结构对齐

CPU 以字(word)为单位读取数据，而不是字节(byte)。

64 位系统中，一个 word 是 8 个字节，而 32 位系统中，一个 word 是 4 个字节。

简而言之，CPU 以其字长的倍数读取内存地址。

想象一下，在 64 位系统中，为了获取变量passportNum，CPU 需要两个周期来访问数据。

第一个周期将获取内存的 0 到 7 字节，下一个周期获取其余内存字节。

把它想象成一个笔记本，每页只能存储一个字大小的数据(在本例中为 8 字节)。如果passportNum分散在两个页，则需要两次读取才能检索到完整的数据。

非常低效。

因此需要数据结构对齐，让计算机将数据存储在等于数据大小倍数的地址上。

例如，2 字节数据可以存储在内存 0、2 或 4 中，而 4 字节数据可以存储在内存 0、4 或 8 中。

通过简单的对齐数据，计算机确保可以在一个 CPU 周期内检索到变量passportNum。

数据结构填充

填充是实现数据对齐的关键。

计算机通过在数据结构之间填充额外的字节，从而对齐字段。

这就是额外内存的来源！

我们来回顾一下BadStruct和GoodStruct。

GoodStruct消耗更少的内存，仅仅因为与BadStruct相比，其 struct 字段顺序更合理。

由于填充，两个 13 字节的数据结构分别变成了 16 字节和 24 字节。

因此，可以仅仅通过对 struct 字段重新排序来节省额外的内存！

这种优化为什么重要？

问题来了，你为什么要关心这个？

两个方面，速度和内存使用。

我们做一个简单的基准测试来证明！

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()  }}

对GoodStruct和BadStruct进行基准测试的方法是循环遍历数组，并将 struct 字段累加到变量中。

从结果中可以看出，遍历GoodStruct确实比BadStruct花费时间更少。

对 struct 字段重排序可以优化应用程序的内存使用和速度。

想象一下，维护一个具有大量结构体的大型应用程序，改变将会更为明显。

结语

好了，全文到此为止，我们以一个简单的行动呼吁来结束:

一定要对 struct 结构字段进行重排序！

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