引言

除非您正在對服務(wù)進(jìn)行原型設(shè)計，否則您可能會關(guān)心應(yīng)用程序的內(nèi)存使用情況。內(nèi)存占用更小，基礎(chǔ)設(shè)施成本降低，擴(kuò)展變得更容易/延遲。

盡管 Go 以不消耗大量內(nèi)存而聞名，但仍有一些方法可以進(jìn)一步減少消耗。其中一些需要大量重構(gòu)，但很多都很容易做到。

預(yù)先分配切片

數(shù)組是具有連續(xù)內(nèi)存的相同類型的集合。數(shù)組類型定義指定長度和元素類型。數(shù)組的主要問題是它們的大小是固定的——它們不能調(diào)整大小，因為數(shù)組的長度是它們類型的一部分。

與數(shù)組類型不同，切片類型沒有指定長度。切片的聲明方式與數(shù)組相同，但沒有元素計數(shù)。

切片是數(shù)組的包裝器，它們不擁有任何數(shù)據(jù)——它們是對數(shù)組的引用。它們由指向數(shù)組的指針、段的長度及其容量（底層數(shù)組中的元素數(shù)）組成。

當(dāng)您追加到一個沒有新值容量的切片時 - 會創(chuàng)建一個具有更大容量的新數(shù)組，并將當(dāng)前數(shù)組中的值復(fù)制到新數(shù)組中。這會導(dǎo)致不必要的分配和 CPU 周期。

為了更好地理解這一點，讓我們看一下以下代碼段：

func main() {
    var ints []int
    for i := 0; i < 5; i++ {
        ints = append(ints, i)
        fmt.Printf("Address: %p, Length: %d, Capacity: %d, Values: %v\n",
            ints, len(ints), cap(ints), ints)
    }
}

輸出如下：

Address: 0xc0000160c8, Length: 1, Capacity: 1, Values: [0]
Address: 0xc0000160f0, Length: 2, Capacity: 2, Values: [0 1]
Address: 0xc00001e080, Length: 3, Capacity: 4, Values: [0 1 2]
Address: 0xc00001e080, Length: 4, Capacity: 4, Values: [0 1 2 3]
Address: 0xc00001a140, Length: 5, Capacity: 8, Values: [0 1 2 3 4]

查看輸出，我們可以得出結(jié)論，無論何時必須增加容量（增加 2 倍），都必須創(chuàng)建一個新的底層數(shù)組（新的內(nèi)存地址）并將值復(fù)制到新數(shù)組中。

有趣的事實是，容量增長的因素曾經(jīng)是容量 <1024 的 2 倍，以及 >= 1024 的 1.25 倍。從 Go 1.18 開始，這已經(jīng)變得更加線性。

name               time/op
Append-10          3.81ns ± 0%
PreallocAssign-10  0.41ns ± 0%
name               alloc/op
Append-10           45.0B ± 0%
PreallocAssign-10   8.00B ± 0%
name               allocs/op
Append-10            0.00
PreallocAssign-10    0.00

查看上述基準(zhǔn)，我們可以得出結(jié)論，將值分配給預(yù)分配的切片和將值附加到切片之間存在很大差異。

兩個 linter 有助于預(yù)分配切片：

• prealloc: 一種靜態(tài)分析工具，用于查找可能被預(yù)分配的切片聲明。
• makezero: 一種靜態(tài)分析工具，用于查找未以零長度初始化且稍后與 append 一起使用的切片聲明。

結(jié)構(gòu)中的順序字段

您之前可能沒有想到這一點，但結(jié)構(gòu)中字段的順序?qū)?nèi)存消耗很重要。

以下面的結(jié)構(gòu)為例：

type Post struct {
    IsDraft     bool      // 1 byte
    Title       string    // 16 bytes
    ID          int64     // 8 bytes
    Description string    // 16 bytes
    IsDeleted   bool      // 1 byte
    Author      string    // 16 bytes
    CreatedAt   time.Time // 24 bytes
}
func main(){
    p := Post{}
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(p))
}

上述函數(shù)的輸出為 96（字節(jié)），而所有字段相加為 82 字節(jié)。額外的 14 個字節(jié)來自哪里？

現(xiàn)代 64 位 CPU 以 64 位（8 字節(jié)）塊的形式獲取數(shù)據(jù)。如果我們有一個較舊的 32 位 CPU，它將執(zhí)行 32 位（4 字節(jié)）的塊。

第一個周期占用 8 個字節(jié)，IsDraft 字段占用 1 個字節(jié)，并有 7 個未使用字節(jié)。它不能占據(jù)一個字段的“一半”。

第二和第三個循環(huán)取 Title 字符串，第四個循環(huán)取 ID，依此類推。再次使用 IsDeleted 字段，它需要 1 個字節(jié)并有 7 個未使用的字節(jié)。

真正重要的是按字段的大小從上到下對字段進(jìn)行排序。對上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行排序，大小減少到 88 個字節(jié)。最后兩個字段 IsDraft 和 IsDeleted 被放在同一個塊中，從而將未使用的字節(jié)數(shù)從 14 (2x7) 減少到 6 (1 x 6)，在此過程中節(jié)省了 8 個字節(jié)。

type Post struct {
    CreatedAt   time.Time // 24 bytes
    Title       string    // 16 bytes
    Description string    // 16 bytes
    Author      string    // 16 bytes
    ID          int64     // 8 bytes
    IsDeleted   bool      // 1 byte
}
func main(){
    p := Post{}
    fmt.Println(unsafe.Sizeof(p))
}

在 64 位架構(gòu)上占用 <8 字節(jié)的 Go 類型：

• bool：1 個字節(jié)
• int8/uint8：1 個字節(jié)
• int16/uint16：2 個字節(jié)
• int32/uint32/rune：4 字節(jié)
• float32：4 字節(jié)
• byte：1個字節(jié)

無需手動檢查結(jié)構(gòu)并按大小對其進(jìn)行排序，而是使用 linter 找到這些結(jié)構(gòu)并（用于）報告“正確”排序。

• maligned: 不推薦使用的 linter，用于報告未對齊的結(jié)構(gòu)并打印出正確排序的字段。它在一年前被棄用，但您仍然可以安裝舊版本并使用它。
• govet/fieldalignment: 作為 gotools 和 govet linter 的一部分，fieldalignment 打印出未對齊的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的當(dāng)前/理想大小。

要安裝和運(yùn)行 fieldalignment：

go install golang.org/x/tools/go/analysis/passes/fieldalignment/cmd/fieldalignment@latest fieldalignment -fix <package_path>

在上面的代碼中使用 govet/fieldalignment：

fieldalignment: struct of size 96 could be 88 (govet)

使用 map[string]struct{} 而不是 map[string]bool

Go 沒有內(nèi)置集合，通常使用 map[string]bool{} 來表示集合。盡管它更具可讀性，這一點非常重要，但將其作為一個集合使用是錯誤的，因為它有兩種狀態(tài)（假/真），并且與空結(jié)構(gòu)相比使用了額外的內(nèi)存。

空結(jié)構(gòu)體 (struct{}) 是沒有額外字段的結(jié)構(gòu)體類型，占用零字節(jié)存儲空間。

我不建議這樣做，除非您的 map/set 包含大量值并且您需要獲得額外的內(nèi)存或者您正在為低內(nèi)存平臺進(jìn)行開發(fā)。

使用 100 000 000 次寫入地圖的極端示例：

func BenchmarkBool(b *testing.B) {
    m := make(map[uint]bool)
    for i := uint(0); i < 100_000_000; i++ {
        m[i] = true
    }
}
func BenchmarkEmptyStruct(b *testing.B) {
    m := make(map[uint]struct{})
    for i := uint(0); i < 100_000_000; i++ {
        m[i] = struct{}{}
    }
}

得到以下結(jié)果，在整個運(yùn)行過程中非常一致：

name            time/op
Bool          12.4s ± 0%
EmptyStruct   12.0s ± 0%
name            alloc/op
Bool         3.78GB ± 0%
EmptyStruct  3.43GB ± 0%
name            allocs/op
Bool          3.91M ± 0%
EmptyStruct   3.90M ± 0%

使用這些數(shù)字，我們可以得出結(jié)論，使用空結(jié)構(gòu)映射的寫入速度提高了 3.2%，分配的內(nèi)存減少了 10%。

此外，使用 map[type]struct{} 是實現(xiàn)集合的正確解決方法，因為每個鍵都有一個值。使用 map[type]bool，每個鍵都有兩個可能的值，這不是一個集合，如果目標(biāo)是創(chuàng)建一個集合，則可能會被誤用。

然而，可讀性大多數(shù)時候比（可忽略的）內(nèi)存改進(jìn)更重要。與空結(jié)構(gòu)體相比，使用布爾值更容易掌握查找：

m := make(map[string]bool{})
if m["key"]{
 // Do something
}
v := make(map[string]struct{}{})
if _, ok := v["key"]; ok{
    // Do something
}

參考鏈接：Easy memory-saving tricks in Go | Emir Ribic (ribice.ba)

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