Golang的性能測試

本文介紹Golang的性能測試(Benchmark)。

使用testing包

看下面的bench_test.go:

import "testing"

func Fib(n int) int {
	switch n {
	case 0:
		return 0
	case 1:
		return 1
	default:
		return Fib(n-1) + Fib(n-2)
	}
}

func BenchmarkFib20(b *testing.B) {
	for n := 0; n < b.N; n++ {
		Fib(20) // run the Fib function b.N times
	}
}
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運行程序

> $ go test -bench=. -run=^BenchmarkFib20$
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: github.com/liangyaopei/GolangTester/bench
BenchmarkFib20-8           25608             46494 ns/op
PASS
ok      github.com/liangyaopei/GolangTester/bench       1.678s
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從輸出能夠看到, BenchmarkFib20-8中的-8後綴，指的是GOMAXPROCS，它與CPU的數量有關。能夠經過-cpu標誌來指定

> $ go test -bench=. -cpu=1,2,4 -run=^BenchmarkFib20$
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25608表示進行了25608次循環，每次循環耗時46494ns (46494 ns/op)。

其餘標誌

	做用	例子
-benchtime	指定運行時間	go test -bench=. -benchtime=10s -run=^BenchmarkFib20$
-count	指定運行次數	go test -bench=. -count=10 -run=^BenchmarkFib20$
-benchmem	監控內存分配	go test -bench=. -benchmem -run=^BenchmarkFib20$

將test保存爲二進制文件

go test -c將測試的代碼保存爲二進制文件，方便下次調用。

CPU/內存/Block的Profile

• -cpuprofile=$FILE 將 CPU profile 輸出 $FILE.
• -memprofile=$FILE, 將 內存 profile 輸出 $FILE, -memprofilerate=N adjusts the profile rate to 1/N.
• -blockprofile=$FILE, 將 block profile 輸出to $FILE.

例子：

> $ go test -bench=.  -run=^BenchmarkFib20$ -cpuprofile=profile
> $ go tool pprof profile
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使用PProf

profile用來跟蹤整個程序的運行，用來定位程序性能的問題。

pprof來自Google Perf Tools, 它被整合進Golang的runtime。pprof包含2個部分，

• runtime/pprof 每一個Golang程序都有用到
• go tool pprof 用來讀取profile輸出文件

pprof的類型

• CPU Profile

  程序運行時(runtime)， CPU Profile每隔10ms會打斷(interrupt)程序執行, 記錄當前運行的Goroutine的堆棧蹤影(stack trace)。

• Memory profiling

  當堆內存分配時，Memory profiling記錄stack trace.

  與CPU Profile相似，默認狀況下，每1000次堆內存分配，Memory profiling會進行1次取樣。

  Memory profiling是取樣的，而且它跟蹤的時沒有使用的內存分配，所以它不能肯定整個程序運行使用的內存。

• Block (or blocking) profiling

  Block profiling記錄一個Goroutine等待共享資源的時間，這能夠用來肯定程序中的併發瓶頸。

• Mutex contention profiling

  Mutex contention profiling記錄由於互斥致使延遲的操做。

每次一個Profile

使用profile是有性能消耗的，使用時每次只用1種類型的Profile。若是同時使用多個Profile，Profile之間會相互影響。

使用PProf

看下面的例子words.go

import (
	"fmt"
	"io"
	"log"
	"os"
	"unicode"

	"github.com/pkg/profile"
)

func readbyte(r io.Reader) (rune, error) {
	var buf [1]byte
	_, err := r.Read(buf[:])
	return rune(buf[0]), err
}

func main() {
	defer profile.Start().Stop()

	f, err := os.Open(os.Args[1])
	if err != nil {
		log.Fatalf("could not open file %q: %v", os.Args[1], err)
	}

	words := 0
	inword := false
	for {
		r, err := readbyte(f)
		if err == io.EOF {
			break
		}

		if err != nil {
			log.Fatalf("could not read file %q: %v", os.Args[1], err)
		}

		if unicode.IsSpace(r) && inword {
			words++
			inword = false
		}
		inword = unicode.IsLetter(r)
	}
	fmt.Printf("%q: %d words\n", os.Args[1], words)
}
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進行性能測試：

> $ go run words.go whales.txt
2021/02/06 14:38:20 profile: cpu profiling enabled, /var/folders/q9/5v5tz4_92gd343hvb3mb1_s40000gn/T/profile247619673/cpu.pprof
"whales.txt": 181276 words
2021/02/06 14:38:21 profile: cpu profiling disabled, /var/folders/q9/5v5tz4_92gd343hvb3mb1_s40000gn/T/profile247619673/cpu.pprof

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使用命令go tool pprof讀取文件

> $ go tool pprof /var/folders/q9/5v5tz4_92gd343hvb3mb1_s40000gn/T/profile247619673/cpu.pprof
Type: cpu
Time: Feb 6, 2021 at 2:38pm (CST)
Duration: 1.63s, Total samples = 1.29s (79.06%)
Entering interactive mode (type "help" for commands, "o" for options)
(pprof) top
Showing nodes accounting for 1.29s, 100% of 1.29s total
      flat  flat%   sum%        cum   cum%
     1.29s   100%   100%      1.29s   100%  syscall.syscall
         0     0%   100%      1.29s   100%  internal/poll.(*FD).Read
         0     0%   100%      1.29s   100%  internal/poll.ignoringEINTR
         0     0%   100%      1.29s   100%  main.main
         0     0%   100%      1.29s   100%  main.readbyte (inline)
         0     0%   100%      1.29s   100%  os.(*File).Read
         0     0%   100%      1.29s   100%  os.(*File).read (inline)
         0     0%   100%      1.29s   100%  runtime.main
         0     0%   100%      1.29s   100%  syscall.Read
         0     0%   100%      1.29s   100%  syscall.read

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能夠看到syscall.syscall耗費最多的CPU資源, 由於每次readbyte(f)都會發生系統調用，讀取字符。

(pprof) list main.main
Total: 1.29s
ROUTINE ======================== main.main in /Users/liangyaopei/workspace/GolangTester/profile/words.go
         0      1.29s (flat, cum)   100% of Total
         .          .     25:   }
         .          .     26:
         .          .     27:   words := 0
         .          .     28:   inword := false
         .          .     29:   for {
         .      1.29s     30:           r, err := readbyte(f)
         .          .     31:           if err == io.EOF {
         .          .     32:                   break
         .          .     33:           }
         .          .     34:
         .          .     35:           if err != nil {

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go tool pprof經常使用命令

	說明
top	Top 命令會按指標大小列出前 10 個函數，好比 CPU 是按執行時間長短，內存是按內存佔用多少。
traces	打印全部調用棧和調用棧的指標信息。
list	list 命令則是用來幫咱們確認函數在代碼中的位置。
web	打開瀏覽器圖形界面
go tool pprof -http=:8080	使用瀏覽器形式讀取Profile輸出

編譯器優化

編譯器優化主要包括3個方面

• 逃逸分析
• 函數內聯(inline)
• 死代碼(dead code)清除

go build 命令

	做用	例子
-m	打印編譯器的逃逸分析決定	go build -gcflags=-m example.go
-l	是否內聯	-gcflags=-l禁止內聯; -gcflags='-l -l' 兩層內聯

參考文獻

1. High Performance Go Workshop

個人公衆號：lyp分享的地方

個人知乎專欄: zhuanlan.zhihu.com/c_127546654…

個人博客：www.liangyaopei.com

Github Page: liangyaopei.github.io/