前言

結(jié)構(gòu)體是包含多個字段的集合類型，用于將數(shù)據(jù)組合為記錄。這樣可以將與同一實體相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)利落地封裝到一個輕量的類型定義中，然后通過對該結(jié)構(gòu)體類型定義方法來實現(xiàn)不同的行為。

本文會嘗試從內(nèi)存利用和CPU周期的角度講解如何高效編寫struct。

我們來看下面這一結(jié)構(gòu)體，這是我們一個奇怪用例所定義的terraform資源類型：

type TerraformResource struct {
  Cloud                string                       // 16字節(jié)
  Name                 string                       // 16字節(jié)
  HaveDSL              bool                         //  1字節(jié)
  PluginVersion        string                       // 16字節(jié)
  IsVersionControlled  bool                         //  1字節(jié)
  TerraformVersion     string                       // 16字節(jié)
  ModuleVersionMajor   int32                        //  4字節(jié)
}

使用如下代碼來了解TerraformResource結(jié)構(gòu)體需要分配多少內(nèi)存：

package main
import (
	"fmt"
	"unsafe"
)
type TerraformResource struct {
	Cloud               string // 16字節(jié)
	Name                string // 16字節(jié)
	HaveDSL             bool   //  1字節(jié)
	PluginVersion       string // 16字節(jié)
	IsVersionControlled bool   //  1字節(jié)
	TerraformVersion    string // 16字節(jié)
	ModuleVersionMajor  int32  //  4字節(jié)
}
func main() {
	var d TerraformResource
	d.Cloud = "aws"
	d.Name = "ec2"
	d.HaveDSL = true
	d.PluginVersion = "3.64"
	d.TerraformVersion = "1.1"
	d.ModuleVersionMajor = 1
	d.IsVersionControlled = true
	fmt.Println("==============================================================")
	fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體使用的總內(nèi)存:d %T => [%d]\n", d, unsafe.Sizeof(d))
	fmt.Println("==============================================================")
	fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的Cloud字段:d.Cloud %T => [%d]\n", d.Cloud, unsafe.Sizeof(d.Cloud))
	fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的Name字段:d.Name %T => [%d]\n", d.Name, unsafe.Sizeof(d.Name))
	fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的HaveDSL字段:d.HaveDSL %T => [%d]\n", d.HaveDSL, unsafe.Sizeof(d.HaveDSL))
	fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的PluginVersion字段:d.PluginVersion %T => [%d]\n", d.PluginVersion, unsafe.Sizeof(d.PluginVersion))
	fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.IsVersionControlled %T => [%d]\n", d.IsVersionControlled, unsafe.Sizeof(d.IsVersionControlled))
	fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的TerraformVersion字段:d.TerraformVersion %T => [%d]\n", d.TerraformVersion, unsafe.Sizeof(d.TerraformVersion))
	fmt.Printf("結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.ModuleVersionMajor %T => [%d]\n", d.ModuleVersionMajor, unsafe.Sizeof(d.ModuleVersionMajor))
}

輸出結(jié)果

$ go run golang-struct-memory-allocation.go 
==============================================================
結(jié)構(gòu)體使用的總內(nèi)存:d main.TerraformResource => [88]
==============================================================
結(jié)構(gòu)體中的Cloud字段:d.Cloud string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的Name字段:d.Name string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的HaveDSL字段:d.HaveDSL bool => [1]
結(jié)構(gòu)體中的PluginVersion字段:d.PluginVersion string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.IsVersionControlled bool => [1]
結(jié)構(gòu)體中的TerraformVersion字段:d.TerraformVersion string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.ModuleVersionMajor int32 => [4]

因此結(jié)構(gòu)體TerraformResource所需分配的總內(nèi)存是88字節(jié)。TerraformResource類型內(nèi)存分配

如下圖所示：

為什么是88字節(jié)呢？16 +16 + 1 + 16 + 1+ 16 + 4 = 70 bytes，多出來的18字節(jié)是從哪來的？

涉及到結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存分配時，總是會分配連續(xù)、字節(jié)對齊的內(nèi)存志，字段按所定義的順序進行內(nèi)存分配和存儲。這里的字節(jié)對齊表示連續(xù)的內(nèi)存塊按平臺的字大小進行偏移排列。

可以很清楚地看到TerraformResource.HaveDSL、TerraformResource.isVersionControlled和TerraformResource.ModuleVersionMajor分別僅占用1字節(jié)、1字節(jié)和4字節(jié)。剩余的空間使用空白字節(jié)進行填充。

所以重新計算一下：

數(shù)據(jù)占用字節(jié) = 16字節(jié) + 16字節(jié) + 1字節(jié) + 16字節(jié) + 1字節(jié) + 16字節(jié) + 4字節(jié) = 70字節(jié)

空白字節(jié) = 7字節(jié) + 7字節(jié) + 4字節(jié) = 18字節(jié)

總字節(jié)數(shù) = 數(shù)據(jù)占用字節(jié) + 空白字節(jié) = 70字節(jié) + 18字節(jié) = 88字節(jié)

那如何修復(fù)這個問題呢？通過恰當?shù)氐?strong>數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊，我們可以這樣來定義結(jié)構(gòu)體：

type TerraformResource struct {
	Cloud               string // 16字節(jié)
	Name                string // 16字節(jié)
	PluginVersion       string // 16字節(jié)
	TerraformVersion    string // 16字節(jié)
	ModuleVersionMajor  int32  //  4字節(jié)
	HaveDSL             bool   //  1字節(jié)
	IsVersionControlled bool   //  1字節(jié)
}

使用優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)體來運行同一段代碼：

輸出結(jié)果

$ go run golang-struct-memory-allocation.go 
==============================================================
結(jié)構(gòu)體使用的總內(nèi)存:d main.TerraformResource => [72]
==============================================================
結(jié)構(gòu)體中的Cloud字段:d.Cloud string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的Name字段:d.Name string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的HaveDSL字段:d.HaveDSL bool => [1]
結(jié)構(gòu)體中的PluginVersion字段:d.PluginVersion string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.IsVersionControlled bool => [1]
結(jié)構(gòu)體中的TerraformVersion字段:d.TerraformVersion string => [16]
結(jié)構(gòu)體中的ModuleVersionMajor字段:d.ModuleVersionMajor int32 => [4]

現(xiàn)在TerraformResource類型總的內(nèi)存占用是72字節(jié)。

我們來看下在內(nèi)存中是如何排列的：

僅僅是通過對結(jié)構(gòu)體元素進行了一輪數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊我們就將所占用的內(nèi)存由88字節(jié)降到了72字節(jié)，真是太棒了?。?！

我們再來算一下

數(shù)據(jù)占用字節(jié) = 16字節(jié) + 16字節(jié) + 16字節(jié) + 16字節(jié) +4字節(jié) + 1 byte + 1字節(jié) = 70字節(jié)

空白字節(jié) = 2字節(jié)

總字節(jié)數(shù) = 數(shù)據(jù)占用字節(jié) + 空白字節(jié) = 70字節(jié) + 2字節(jié) = 72字節(jié)

通過恰當?shù)?strong>數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對齊不僅優(yōu)化了內(nèi)存占用，還優(yōu)化了CPU讀取周期，怎么做到的呢？

CPU以字為單位從內(nèi)存中進行讀取，一個字在32位系統(tǒng)中占用4字節(jié)、64位系統(tǒng)中占用8字節(jié)。我們聲明的第一個結(jié)構(gòu)體類型TerraformResourceCPU需要讀取11個字才能讀完：

但對優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)體只需要讀取9個字:

通過恰當?shù)貙Y(jié)構(gòu)體進行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)排序我們可以讓內(nèi)存分配和CPU 讀取都變得高效。

到此這篇關(guān)于Golang如何編寫內(nèi)存高效及CPU調(diào)優(yōu)的Go結(jié)構(gòu)體的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go CPU調(diào)優(yōu)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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