Go进阶23:Go指针返回值的劣势(译)
作为以为年迈的C语言程序员,我很纠结,function-return-pointer是很正常的事情.但是我认为function-return-pointer是非常糟糕的行为. 通常情况下我们最好还是function-return-value. 您们将看到我能够证明在go语言中function-return-value比function-return-pointer更优. 原文地址bad_go_pointer_returns
1. 定义可变大小的结构体
我将定义一个我可以轻松改变大小的结构.结构的内容是一个数组：我可以通过改变数组的大小来改变结构的大小.
const bigStructSize = 10
type bigStruct struct {
a [bigStructSize]int
}
2. 定义结构体function-return-value和function-return-pointer
接下来,我将创建一些goroutine来构建此结构的不同容量.一个将它作为return pointer,另一个作为return value.
func newBigStruct() bigStruct {
var b bigStruct
for i := 0; i < bigStructSize; i++ {
b.a[i] = i
}
return b
}
func newBigStructPtr() *bigStruct {
var b bigStruct
for i := 0; i < bigStructSize; i++ {
b.a[i] = i
}
return &b
}
3. 编写Benckmark Test Case
我将编写几个benchmark来衡量get和use这些结构所需的时间. 我将对结构中的值进行简单的计算,因此编译器不会仅仅只优化返回值.
func BenchmarkStructReturnValue(b *testing.B) {
b.ReportAllocs()
t := 0
for i := 0; i < b.N; i++ {
v := newBigStruct()
t += v.a[0]
}
}
func BenchmarkStructReturnPointer(b *testing.B) {
b.ReportAllocs()
t := 0
for i := 0; i < b.N; i++ {
v := newBigStructPtr()
t += v.a[0]
}
}
4. bigStructSize 10 测试
当bigStructSize设置为10,function-return-value的速度大约比function-return-pointer快两倍.
在使用指针的情况下,必须在堆上分配内存,这将花费大约25ns,然后设置数据（设置值在值返回和指针返回情况下应该花费大约相同的时间）, 然后将指针写入堆栈以返回struct给调用者.
在值的情况下,没有堆内存分配,但必须将整个结构复制到堆栈以将其返回给调用者.
在此size的struct情况下,复制堆栈上的数据的开销小于分配内存的开销.
BenchmarkStructReturnValue-8 100000000 15.4 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkStructReturnPointer-8 50000000 36.5 ns/op 80 B/op 1 allocs/op
4. bigStructSize 100 测试
当我们将bigStructSize变为100时,结构现在包含100个整数,ns/op绝对值的差距会增加,尽管指针情况的ns/op百分比增加更少.
BenchmarkStructReturnValue-8 20000000 105 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkStructReturnPointer-8 10000000 185 ns/op 896 B/op 1 allocs/op
4. bigStructSize 1000 测试
如果我们在结构中尝试bigStructSize变为1000时,那么返回指针会更快吗？
BenchmarkStructReturnValue-8 2000000 830 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkStructReturnPointer-8 1000000 1401 ns/op 8192 B/op 1 allocs/op
4. bigStructSize 10000 测试
还是更糟糕.10,000又会是怎么样？
BenchmarkStructReturnValue-8 100000 13332 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkStructReturnPointer-8 200000 11032 ns/op 81920 B/op 1 allocs/op
最后,在我们的struct中有10,000个int,返回指针的struct更快.经过一些进一步的调查,我的笔记本电脑上的平衡点似乎是2700.
5. Benchmark Profile
我很不清楚为什么1000整数的差异如此之大.让我们看一下benchmark profile！
5.1 Benchmark Profile 值返回
go test -bench BenchmarkStructReturnValue -run ^$ -cpuprofile cpu2.prof
go tool pprof post.test cpu2.prof
(pprof) top
Showing nodes accounting for 2.25s, 100% of 2.25s total
flat flat% sum% cum cum%
2.09s 92.89% 92.89% 2.23s 99.11% github.com/philpearl/blog/content/post.newBigStruct
0.14s 6.22% 99.11% 0.14s 6.22% runtime.newstack
0.02s 0.89% 100% 0.02s 0.89% runtime.nanotime
0 0% 100% 2.23s 99.11% github.com/philpearl/blog/content/post.BenchmarkStructReturnValue
0 0% 100% 0.02s 0.89% runtime.mstart
0 0% 100% 0.02s 0.89% runtime.mstart1
0 0% 100% 0.02s 0.89% runtime.sysmon
0 0% 100% 2.23s 99.11% testing.(*B).launch
0 0% 100% 2.23s 99.11% testing.(*B).runN
在值返回的情况下,几乎所有工作都在newBigStruct中进行.这一切都非常直观.
5.1 Benchmark Profile 指针返回
如果我们分析指针测试会怎么样？
go test -bench BenchmarkStructReturnPointer -run ^$ -cpuprofile cpu.prof
go tool pprof post.test cpu.prof
(pprof) top
Showing nodes accounting for 2690ms, 93.08% of 2890ms total
Dropped 28 nodes (cum <= 14.45ms)
Showing top 10 nodes out of 67
flat flat% sum% cum cum%
1110ms 38.41% 38.41% 1110ms 38.41% runtime.pthread_cond_signal
790ms 27.34% 65.74% 790ms 27.34% runtime.pthread_cond_wait
300ms 10.38% 76.12% 300ms 10.38% runtime.usleep
200ms 6.92% 83.04% 200ms 6.92% runtime.pthread_cond_timedwait_relative_np
80ms 2.77% 85.81% 80ms 2.77% runtime.nanotime
60ms 2.08% 87.89% 140ms 4.84% runtime.sweepone
50ms 1.73% 89.62% 50ms 1.73% runtime.pthread_mutex_lock
40ms 1.38% 91.00% 150ms 5.19% github.com/philpearl/blog/content/post.newBigStructPtr
30ms 1.04% 92.04% 40ms 1.38% runtime.gcMarkDone
30ms 1.04% 93.08% 40ms 1.38% runtime.scanobject
在指针放回情况下,输出log要复杂得多,而且还有很多function使用了大量的CPU资源.只有约5％的时间花在newBigStructPtr上设置结构. 相反,Go运行时中有大量时间花费在处理线程和锁以及垃圾收集上.返回指针的底层函数很快,但分配指针所带来的包袱是一个巨大的开销.
6.结论:通常情况下使用value返回
现在这种情况非常简单.数据被创建然后立即被丢弃,因此垃圾收集器将面临巨大的负担. 如果返回数据的生命周期更长,则结果可能会非常不同.
- 通常情况下我们最好还是return value
- 生命时间短的struct return pointer是不推荐的
- 大size的struct推荐使用pointer返回
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