Golang 简单的数据对齐可提高程序速度和内存使用率

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Golang 简单的数据对齐可提高程序速度和内存使用率

2023-06-28 21:06:39 来源：博客园

序

Golang 中的结构或 struct 是用户定义的类型，允许将可能不同类型的项分组/组合为单一类型。可以说是一个不支持继承但支持组合的轻量级类。我们使用 Golang 编写代码的时候，你肯定使用过struct。但是，你可能不知道的是，通过简单地重新排序结构中的字段，可以极大地提高 Go 程序的速度和内存使用率！

示例演示

type EmployeeStruct struct {IsPublic boolAge      int64Status   boolName     stringImage    float32}

我们来看一下Employee结构体的内存大小:

(相关资料图)

IsPublic(boolean) 1 字节
Age(int64) 8 字节
Status(boolean) 1 字节
Name(string) 16 字节
Image(float32) 4 字节

总计： 30 字节

通过unsafe.Sizeof检查一下:

package mainimport ("fmt""unsafe")type EmployeeStruct struct {IsPublic boolAge      int64Status   boolName     stringImage    float32}func main() {var employee EmployeeStructfmt.Println(unsafe.Sizeof(employee))}

执行后输出: 48字节，为什么呢？

处理器类型

我们知道CPU 分为32位、34位，但是，它是如何运作的呢？

想象一下我们有一个 64 位的 CPU，每个时钟周期传输 64 位数据的能力。

时钟周期是CPU处理一个信息需要多少时间，CPU 32位在1个周期内转换4字节数据，CPU 64位在1个周期内转换8字节数据（32位= 4字节，64位= 8字节）

上面我们定义的EmployeeStruct结构体，并且计算得到了每个字段在内存中占用的字节数。下面我们看CPU处理信息需要多少时间呢?先来看下面的一张图：

图里面6个周期，每个周期有八个盒子，表示是CPU处理能力，为 8 字节

周期1第一个属性是IsPublic，数据类型为布尔型，bool的大小为 1 个字节。因此，当前周期 1 由属性IsPublic(bool ~ 1 byte)填充。下一个属性是Age，数据类型为int64,int64的大小是8字节,由于第1个周期的剩余内存大小只有7个字节，因此第1个周期无法填充Age属性，因此，会进入第2个周期，但是，“剩余的空间呢，怎么办？”。
周期2第2个周期由Age属性填充，数据类型为int64，大小为8字节,刚好填充满。
周期3第三个属性Status，数据类型为bool，大小为1字节,填充(bool~1 byte)，剩余内存大小为7字节,然后，下一个属性是Name，类型为字符串，大小为 16 字节,与周期1的情况相同，因为没有足够的空间容纳下一个属性，所以将在下一个周期中进入。所以意味着有7个字节的内存被浪费了。
周期 4 和周期 5第四个是Name,数据类型为字符串，大小为16字节。从图上面看，它将在两个周期中填充，周期 4 中填充 8 个字节，周期 5 中填充 8 个字节。
周期6最后一个属性是Image, 数据类型为float32，大小为4字节，浪费剩余的 4 个字节。

最后通过计算统计：

总时钟周期 = 6 个时钟周期结构体大小 = 48 字节浪费的总内存 = 18 字节

所以我们在开发的时候，如果对于一个比较大的数据结构体来说，可能会使结构体的大小变得更大。

那么，如何解决呢？

实际上我们可以根据数据类型的大小来组成序列，最简单的方法是：

按元素内存大小的降序排列字段

type EmployeeStruct struct {Name     stringAge      int64Image    float32IsPublic boolStatus   bool}

这个时候我们再来看一下时间周期:

周期 1 和周期 2第一个属性是Name,数据类型为字符串，大小为16字节。因此，它将在两个周期中填充，周期 1 中填充 8 个字节，周期 2 中填充 8 个字节。
周期3第3个周期由Age属性填充，数据类型为int64，大小为8字节
周期4下一个属性是Image，数据类型为float32，大小为4字节。因此，当前周期 4 由属性 Image （ float32 ~ 4 字节）填充，剩余大小为 4 字节。

下一个属性是IsPublic（bool ~ 1 字节）和 Status（bool ~ 1 字节）。因为最后两个属性的总大小只有2个字节，所以我们可以将其放在循环4中。这样一来，循环4就被Image ( float32 ~ 4字节)、IsPublic (bool ~ 1字节)、Status(bool~1 字节）填满了，仅浪费 2 字节内存。

最后通过计算统计：

总时钟周期 = 4 个时钟周期结构体大小 = 32 字节浪费的总内存 = 2 字节

package mainimport ("fmt""unsafe")type EmployeeStruct struct {Name     stringAge      int64Image    float32IsPublic boolStatus   bool}func main() {var employee EmployeeStructfmt.Println(unsafe.Sizeof(employee)) // output: 32}