詳解簡單高效的Go?struct優(yōu)化

更新時間：2023年03月06日 15:22:31 作者：勁仔Go

這篇文章主要為大家介紹了簡單高效的Go?struct優(yōu)化示例詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步，早日升職加薪

前言

結(jié)構(gòu)體的定義，大家都很熟悉，但想要定義出更節(jié)省內(nèi)存空間的結(jié)構(gòu)體，可不是一件簡單的事。

我們必須掌握了Go的結(jié)構(gòu)體內(nèi)存對齊機制，才能做出相應(yīng)的優(yōu)化（節(jié)省內(nèi)存并提高性能）。

先來看個例子

下面定義兩個結(jié)構(gòu)體，字段都一樣，只是部分字段稍微調(diào)整了一下順序。

但輸出的結(jié)果，為什么bad占用24字節(jié)，而good卻只占用16字節(jié)呢？一個順序調(diào)整就節(jié)省了8個字節(jié)，太神奇了

type BadSt struct {
  A int32
  B int64
  C bool
}

type GoodSt struct {
  A int32
  C bool
  B int64
}

func main() {
  bad := BadSt{A: 10, B: 20, C: false}
  fmt.Println(unsafe.Sizeof(bad))
  good := GoodSt{A: 10, B: 20, C: false}
  fmt.Println(unsafe.Sizeof(good))
}
//輸出結(jié)果：
//24
//16

想要解開這個問題，我們得先來學(xué)習(xí)一下內(nèi)存對齊機制，然后再來進一步分析

內(nèi)存對齊機制

基本概念

為了能讓CPU可以更快的存儲與讀取到各個字段，Go編譯器會幫我們把結(jié)構(gòu)體做數(shù)據(jù)的對齊。所謂的數(shù)據(jù)對齊，是指內(nèi)存地址是所存儲數(shù)據(jù)大小的整數(shù)倍（按字節(jié)為單位），以便CPU可以一次將該數(shù)據(jù)從內(nèi)存中讀取出來，減少了讀取次數(shù)。編譯器通過在結(jié)構(gòu)體的各個字段之間填充一些空白已達到對齊的目的。

CPU訪問內(nèi)存

CPU 訪問內(nèi)存時，并不是逐個字節(jié)訪問，而是以機器字（word）為單位進行訪問。比如 64位CPU的字長（word size）為8bytes，那么CPU訪問內(nèi)存的單位也是8字節(jié)，每次加載的內(nèi)存數(shù)據(jù)也是固定的若干字長，如8words（64bytes）、16words(128bytes）等

對齊系數(shù)

不同硬件平臺占用的大小和對齊值都可能是不一樣的，每個特定平臺上的編譯器都有自己的默認(rèn)"對齊系數(shù)"，32位系統(tǒng)對齊系數(shù)是4，64位系統(tǒng)對齊系數(shù)是8

不同類型的對齊系數(shù)也可能不一樣，使用Go語言中的unsafe.Alignof函數(shù)可以返回相應(yīng)類型的對齊系數(shù)，對齊系數(shù)都符合2^n這個規(guī)律，最大也不會超過8

func main() {
  fmt.Printf("bool:   %d\n", unsafe.Alignof(bool(true)))
  fmt.Printf("string: %d\n", unsafe.Alignof(string("a")))
  fmt.Printf("int:    %d\n", unsafe.Alignof(int(0)))
  fmt.Printf("int32:  %d\n", unsafe.Alignof(int32(0)))
  fmt.Printf("int64:  %d\n", unsafe.Alignof(int64(0)))
  fmt.Printf("float64:  %d\n", unsafe.Alignof(float64(0)))
  fmt.Printf("float32:%d\n", unsafe.Alignof(float32(0)))
}
//輸出結(jié)果：
//bool:   1
//string: 8
//int:    8
//int32:  4
//int64:  8
//float64:8
//float32:4

對齊原則

結(jié)構(gòu)體變量中成員的偏移量必須是成員大小的整數(shù)倍
整個結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存大小必須是最大字節(jié)的整數(shù)倍（結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存占用是1/4/8/16byte…)

案例進一步分析

BadSt結(jié)構(gòu)體，占用24個字節(jié)

type BadSt struct {
  A int32
  B int64
  C bool
}

分析過程：

字段A 4字節(jié)：先計算偏移量，最開頭下標(biāo)為0，0%4=0，正好整除，先占用4個字節(jié)；
字段B 8字節(jié)：下標(biāo)4-7，對8都不能整除，則填充空白，下標(biāo)8可以整除，所以下標(biāo)8-15 8個字節(jié)為字段B的存儲使用；
字段C 1字節(jié)：下標(biāo)16，對1可以整除，所以下標(biāo)16則用作字段C的存儲；
最后，該結(jié)構(gòu)體字段最大字節(jié)為8且目前已占用17字節(jié)，要保證是整數(shù)倍，所以最后面需要填充7個字節(jié)，占滿24字節(jié)，才能滿足條件（對齊原則2）。

GoodSt結(jié)構(gòu)體，占用16個字節(jié)

type GoodSt struct {
  A int32
  C bool
  B int64
}

分析過程：

字段A 4字節(jié)：先計算偏移量，最開頭下標(biāo)為0，0%4=0，正好整除，先占用4個字節(jié)；
字段C 1字節(jié)：下標(biāo)4，對1可以整除，所以下標(biāo)4則用作字段C的存儲；
字段B 8字節(jié)：下標(biāo)5-7，對8都不能整除，則填充空白，下標(biāo)8可以整除，所以下標(biāo)8-15 8個字節(jié)為字段B的存儲使用；
最后，該結(jié)構(gòu)體字段最大字節(jié)為8且目前已占用16字節(jié)，正好是整數(shù)倍，所以后面不再需要填充空白了。