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高质量编程与性能调优实践

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  • 代码编写的规范
  • 性能优化建议、性能分析工具 pprof、性能调优案例

高质量编程与性能调优实践

01 高质量编程

1.1 简介

  • 什么是高质量编程？-> 编写的代码能够达到正确可靠、简洁清晰的目标可称之为高质量代码。
    • 各种边界条件是否考虑完备
    • 异常情况处理，稳定性保证
    • 易读易维护
  • 编程原则：
    • 简单性：
      • 消除“多余的复杂性”，以简单清晰的逻辑编写代码
      • 不理解的代码无法修复改进
    • 可读性：
      • 代码是写给人看的，而不是机器
      • 编写可维护代码的第一步是确保代码可读
    • 生产力：
      • 团队整体工作效率非常重要

1.2 编码规范

  • 编程规范是很重要的一部分，好的代码规范编写习惯可以提高个人工作的效率，甚至可以让人一眼看出正经科班和野路子的区别。

  • 如何编写高质量的 Go 代码：

    • 代码格式：推荐使用 gofmt 自动格式化代码。

      • gofmt：Go 语言官方提供的工具，能自动格式化 Go 语言代码为官方统一风格。

        常见 IDE 都支持方便的配置。

    • 注释：注释应该做的：

      • 注释应该解释代码作用。
      • 注释应该解释代码如何做的。
      • 注释应该解释代码实现的原因：提供额外的上下文。
      • 注释应该解释代码什么情况会出错。

    • 命名规范：

      • 简洁胜于冗长。
      • 缩略词全大写，但当其位于变量开头且不需要导出时，使用全小写：
        • 例如使用 ServerHTTP 而不是 ServerHttp
        • 使用 XMLHTTPRequest 或者 xmlHTTPRequest
      • 变量名距离其被使用的地方越远，则需要携带越多的上下文信息。
      • 函数名不携带包名的上下文信息，因为包名和函数名总是成对出现的。
      • 包名只由小写字母组成，不包含大写字母和下划线等字符，且不要与标准库同名。

    • 控制流程

      • 线性原理，处理逻辑尽量走直线，避免复杂的嵌套分支，保持正常流程清晰。
      • 尽量保持正常代码路径为最小缩进。优先处理错误情况/特殊情况，尽早返回或继续循环来减少嵌套。

    • 错误和异常处理

      • 简单错误（仅出现一次，且在其他地方不需要捕获的错误）优先使用 errors.New 来创建匿名变量来直接表示简单错误。
      • 判定一个错误是否为特定错误，可以使用 errors.Is 。
      • defer 语句会在函数返回前调用，多个 defer 语句是后进先出。

1.3 性能优化建议

  • 性能优化的前提是满足正确可靠、简洁清晰等质量因素。

    性能优化是综合评估，有时候时间效率和空间效率可能对立。

slice

  • slice 预分配内存：尽可能在使用 make() 初始化切片时提供容量信息。

    这样可以降低程序执行时间，减少内存分配次数。 -> 为什么？

    • 我们要从 slice 的本质进行分析：
      • 切片本质是一个数组片段的描述，包括：数组指针、片段的长度、片段的容量。
      • 切片操作并不复制切片指向的元素
      • 创建一个新的切片会复用原来切片的底层数组

map

  • map 预分配内存：和 slice 类似。
    • 不断向 map 中添加元素的操作会触发 map 的扩容
    • 提前分配好空间可以减少内存拷贝和 Rehash 的消耗
    • 建议根据实际需求提前预估好需要的空间

strings.Builder

  • 在进行字符串的拼接时，使用 + 拼接性能最差，strings.Builder，bytes.Buffer 相近，strings.Builder 更快。

    原因在于：

    • 字符串在 Go 语言中是不可变类型，占用内存大小是固定的
    • 使用 + 每次都会重新分配内存
    • strings.Builder，bytes.Buffer 底层都是 []byte 数组，根据其内存扩容策略，不需要每次拼接时重新分配内存。

空结构体

  • 通过使用空结构体来节省内存：
    • 空结构体 struct{} 实例不占据任何内存空间。因此可作为各种场景下的占位符使用。

atomic包

  • 在多线程中，使用 atomic 包，相对于锁来说，性能更优。
    • 锁的实现是通过操作系统来实现，属于系统调用
    • atomic 操作是通过硬件实现，效率比锁高
    • sync.Mutex 应该用来保护一段逻辑，不仅仅用于保护一个变量
    • 对于非数值操作，可以使用 atomic.Value，能承载一个 interface{}

02 性能调优实战

2.1 简介

  • 性能调优原则：
    • 要依靠数据不是猜测。
    • 要定位最大瓶颈而不是细枝末节。
    • 不要过早优化。
    • 不要过度优化。

2.2 性能分析工具pprof

  • pprof 是用于可视化和分析性能分析数据的工具。

2.2.1 功能图

2.2.2 排查实战

2.2.3 采样过程和原理

CPU
  • 采样对象：函数调用和它们占用的时间。
  • 采样率：100次/秒，固定值。
  • 采样时间：从手动启动到手动结束。
Heap-堆内存
  • 采样程序通过内存分配器在堆上分配和释放的内存，记录分配/释放的大小和数量
  • 采样率：每分配 512KB 记录一次，可在运行开头修改，1 为每次分配均记录
  • 采样时间：从程序运行开始到采样时
  • 采样指标：alloc.\_space、alloc_.objects、inuse_space、inuse_objects
  • 计算方式：inuse = alloc - free
Goroutine&ThreadCreate
  • Goroutine：记录所有用户发起且在运行中的 goroutine 。
  • ThreadCreate：记录程序创建的所有系统线程的信息。
Block&Mutex
  • 阻塞Block：
    • 采样阻塞操作的次数和耗时
    • 采样率：阻塞耗时超过阈值的才会被记录，1 为每次阻塞均记录
  • 锁Mutex：
    • 采样争抢锁的次数和耗时
    • 采样率：只记录固定比例的锁操作，1 为每次加锁均记录

2.3 性能调优案例

业务服务优化

  • 基本概念：

    • 服务：能单独部署，承载一定功能的程序
    • 依赖：Service A 的功能实现依赖 Service B 的响应结果，称为 Service A 依赖 Service B
    • 调用链路：能支持一个接口请求的相关服务集合及其相互之间的依赖关系
    • 基础库：公共的工具包、中间件

  • 流程：

    • 建立服务性能评估手段
    • 分析性能数据，定位性能瓶颈
      • 使用库不规范
      • 高并发场景优化不足
    • 重点优化项改造
      • 正确性是基础
    • 优化效果验证：
      • 重复压测验证
      • 上线评估优化效果

基础库优化

  • 分析基础库核心逻辑和性能瓶颈
    • 设计完善改造方案
    • 数据按需获取
    • 数据序列化协议优化
  • 内部压测验证
  • 推广业务服务落地验证

Go语言优化

  • 编译器&运行时优化：
    • 优化内存分配策略
    • 优化代码编译流程，生成更高效的程序
    • 内部压测验证
    • 推业务服务落地验证
---------------The End---------------