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Go语言使用 map 时尽量不要在 big map 中保存指针

不知道你有没有听过这么一句:在使用 map 时尽量不要在 big map 中保存指针。好吧,你现在已经听过了:)为什么呢?原因在于 Go 语言的垃圾回收器会扫描标记 map 中的所有元素,GC 开销相当大,直接GG。

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这两天在《Mastering Go》中看到 GC 这一章节里面对比 map 和 slice 在垃圾回收中的效率对比,书中只给出结论没有说明理由,这我是不能忍的,于是有了这篇学习笔记。扯那么多,Show Your Code

这是一个简单的测试程序,保存字符串的 map 和 保存整形的 map GC 的效率相差几十倍,是不是有同学会说明明保存的是 string 哪有指针?这个要说到 Go 语言中 string 的底层实现了,源码在 src/runtime/string.go里,可以看到 string 其实包含一个指向数据的指针和一个长度字段。注意这里的是否包含指针,包括底层的实现。

Go 语言的 GC 会递归遍历并标记所有可触达的对象,标记完成之后将所有没有引用的对象进行清理。扫描到指针就会往下接着寻找,一直到结束。

Go 语言中 map 是基于 数组和链表 的数据结构实现的,通过 优化的拉链法 解决哈希冲突,每个 bucket 可以保存 8 对键值,在 8 个键值对数据后面有一个 overflow 指针,因为桶中最多只能装 8 个键值对,如果有多余的键值对落到了当前桶,那么就需要再构建一个桶(称为溢出桶),通过 overflow 指针链接起来。

因为 overflow 指针的缘故,所以无论 map 保存的是什么,GC 的时候就会把所有的 bmap 扫描一遍,带来巨大的 GC 开销。官方 issues 就有关于这个问题的讨论, runtime: Large maps cause significant GC pauses #9477

无脑机翻如下:

如果我们有一个map [k] v,其中k和v都不包含指针,并且我们想提高扫描性能,则可以执行以下操作。

将“ allOverflow [] unsafe.Pointer”添加到 hmap 并将所有溢出存储桶存储在其中。 然后将 bmap 标记为noScan。 这将使扫描非常快,因为我们不会扫描任何用户数据。

实际上,它将有些复杂,因为我们需要从allOverflow中删除旧的溢出桶。 而且它还会增加 hmap 的大小,因此也可能需要重新整理数据。

最终官方在 hmap 中增加了 overflow 相关字段完成了上面的优化,这是具体的 commit 地址。

下面看下具体是如何实现的,源码基于 go1.15,src/cmd/compile/internal/gc/reflect.go 中

通过注释可以看出,如果 map 中保存的键值都不包含指针(通过 Haspointers 判断),就使用一个 uintptr 类型代替 bucket 的指针用于溢出桶 overflow 字段,uintptr 类型在 GO 语言中就是个大小可以保存得下指针的整数,不是指针,就相当于实现了 将 bmap 标记为 noScan, GC 的时候就不会遍历完整个 map 了。随着不断的学习,愈发感慨 GO 语言中很多模块设计得太精妙了。

差不多说清楚了,能力有限,有不对的地方欢迎留言讨论,源码位置还是问的群里大佬 _

为什么go语言适合开发网游服务器端

前段时间在golang-China读到这个贴:

个人觉得golang十分适合进行网游服务器端开发,写下这篇文章总结一下。

从网游的角度看:

要成功的运营一款网游,很大程度上依赖于玩家自发形成的社区。只有玩家自发形成一个稳定的生态系统,游戏才能持续下去,避免鬼城的出现。而这就需要多次大量导入用户,在同时在线用户量达到某个临界点的时候,才有可能完成。因此,多人同时在线十分有必要。

再来看网游的常见玩法,除了排行榜这类统计和数据汇总的功能外,基本没有需要大量CPU时间的应用。以前的项目里,即时战斗产生的各种伤害计算对CPU的消耗也不大。玩家要完成一次操作,需要通过客户端-服务器端-客户端这样一个来回,为了获得高响应速度,满足玩家体验,服务器端的处理也不能占用太多时间。所以,每次请求对应的CPU占用是比较小的。

网游的IO主要分两个方面,一个是网络IO,一个是磁盘IO。网络IO方面,可以分成美术资源的IO和游戏逻辑指令的IO,这里主要分析游戏逻辑的IO。游戏逻辑的IO跟CPU占用的情况相似,每次请求的字节数很小,但由于多人同时在线,因此并发数相当高。另外,地图信息的广播也会带来比较频繁的网络通信。磁盘IO方面,主要是游戏数据的保存。采用不同的数据库,会有比较大的区别。以前的项目里,就经历了从MySQL转向MongoDB这种内存数据库的过程,磁盘IO不再是瓶颈。总体来说,还是用内存做一级缓冲,避免大量小数据块读写的方案。

针对网游的这些特点,golang的语言特性十分适合开发游戏服务器端。

首先,go语言提供goroutine机制作为原生的并发机制。每个goroutine所需的内存很少,实际应用中可以启动大量的goroutine对并发连接进行响应。goroutine与gevent中的greenlet很相像,遇到IO阻塞的时候,调度器就会自动切换到另一个goroutine执行,保证CPU不会因为IO而发生等待。而goroutine与gevent相比,没有了python底层的GIL限制,就不需要利用多进程来榨取多核机器的性能了。通过设置最大线程数,可以控制go所启动的线程,每个线程执行一个goroutine,让CPU满负载运行。

同时,go语言为goroutine提供了独到的通信机制channel。channel发生读写的时候,也会挂起当前操作channel的goroutine,是一种同步阻塞通信。这样既达到了通信的目的,又实现同步,用CSP模型的观点看,并发模型就是通过一组进程和进程间的事件触发解决任务的。虽然说,主流的编程语言之间,只要是图灵完备的,他们就都能实现相同的功能。但go语言提供的这种协程间通信机制,十分优雅地揭示了协程通信的本质,避免了以往锁的显式使用带给程序员的心理负担,确是一大优势。进行网游开发的程序员,可以将游戏逻辑按照单线程阻塞式的写,不需要额外考虑线程调度的问题,以及线程间数据依赖的问题。因为,线程间的channel通信,已经表达了线程间的数据依赖关系了,而go的调度器会给予妥善的处理。

另外,go语言提供的gc机制,以及对指针的保护式使用,可以大大减轻程序员的开发压力,提高开发效率。

展望未来,我期待go语言社区能够提供更多的goroutine间的隔离机制。个人十分推崇erlang社区的脆崩哲学,推动应用发生预期外行为时,尽早崩溃,再fork出新进程处理新的请求。对于协程机制,需要由程序员保证执行的函数不会发生死循环,导致线程卡死。如果能够定制goroutine所执行函数的最大CPU执行时间,及所能使用的最大内存空间,对于提升系统的鲁棒性,大有裨益。

为什么要使用 Go 语言?Go 语言的优势在哪里?

1、简单易学。

Go语言的作者本身就很懂C语言,所以同样Go语言也会有C语言的基因,所以对于程序员来说,Go语言天生就会让人很熟悉,容易上手。

2、并发性好。

Go语言天生支持并发,可以充分利用多核,轻松地使用并发。 这是Go语言最大的特点。

描述

Go的语法接近C语言,但对于变量的声明有所不同。Go支持垃圾回收功能。Go的并行模型是以东尼·霍尔的通信顺序进程(CSP)为基础,采取类似模型的其他语言包括Occam和Limbo,但它也具有Pi运算的特征,比如通道传输。

在1.8版本中开放插件(Plugin)的支持,这意味着现在能从Go中动态加载部分函数。

与C++相比,Go并不包括如枚举、异常处理、继承、泛型、断言、虚函数等功能,但增加了 切片(Slice) 型、并发、管道、垃圾回收、接口(Interface)等特性的语言级支持。

使用Go 语言开发大型 MMORPG 游戏服务器怎么样

1.为什么golang的开发效率高?

golang是一编译型的强类型语言,它在开发上的高效率主要来自于后发优势,不用考虑旧有恶心的历史,又有一个较高的工程视角。良好的避免了程序员因为“ { 需不需要独占一行 ”这种革命问题打架,也解决了一部分趁编译时间找产品妹妹搭讪的阶级敌人。

它有自己的包管理机制,工具链成熟,从开发、调试到发布都很简单方便;

有反向接口、defer、coroutine等大量的syntactic sugar;

编译速度快,因为是强类型语言又有gc,只要通过编译,非业务毛病就很少了;

它在语法级别上支持了goroutine,这是大家说到最多的内容,这里重点提一下。首先,coroutine并不稀罕,语言并不能超越硬件、操作系统实现神乎其神的功能。golang可以做到事情,其他语言也可以做到,譬如c++,在boost库里面自己就有的coroutine实现(当然用起来跟其他boost库一样恶心)。golang做的事情,是把这一套东西的使用过程简化了,并且提供了一套channel的通信模式,使得程序员可以忽略诸如死锁等问题。

goroutine的目的是描述并发编程模型。并发与并行不同,它并不需要多核的硬件支持,它不是一种物理运行状态,而是一种程序逻辑流程。它的主要目的不是利用多核提高运行效率,而是提供一种更容易理解、不容易出错的语言来描述问题。

实际上golang默认就是运行在单OS进程上面的,通过指定环境变量GOMAXPROCS才能转身跑在多OS进程上面。有人提到了网易的pomelo,开源本来是一件很不错的事情,但是基于自己对callback hell的偏见,我一直持有这种态度:敢用nodejs写大规模游戏服务器的人,都是真正的勇士 : ) 。

2、Erlang与Golang的coroutine有啥区别,coroutine是啥?

coroutine本质上是语言开发者自己实现的、处于user space内的线程,无论是erlang、还是golang都是这样。需要解决没有时钟中断;碰着阻塞式i\o,整个进程都会被操作系统主动挂起;需要自己拥有调度控制能力(放在并行环境下面还是挺麻烦的一件事)等等问题。那为啥要废老大的劲自己做一套线程放user space里面呢?

并发是服务器语言必须要解决的问题;

system space的进程还有线程调度都太慢了、占用的空间也太大了。

把线程放到user space的可以避免了陷入system call进行上下文切换以及高速缓冲更新,线程本身以及切换等操作可以做得非常的轻量。这也就是golang这类语言反复提及的超高并发能力,分分钟给你开上几千个线程不费力。

不同的是,golang的并发调度在i/o等易发阻塞的时候才会发生,一般是内封在库函数内;erlang则更夸张,对每个coroutine维持一个计数器,常用语句都会导致这个计数器进行reduction,一旦到点,立即切换调度函数。

中断介入程度的不同,导致erlang看上去拥有了preemptive scheduling的能力,而golang则是cooperative shceduling的。golang一旦写出纯计算死循环,进程内所有会话必死无疑;要有大计算量少i\o的函数还得自己主动叫runtime.Sched()来进行调度切换。

3、golang的运行效率怎么样?

我是相当反感所谓的ping\pong式benchmark,运行效率需要放到具体的工作环境下面考虑。

首先,它再快也是快不过c的,毕竟底下做了那么多工作,又有调度,又有gc什么的。那为什么在那些benchmark里面,golang、nodejs、erlang的响应效率看上去那么优秀呢,响应快,并发强?并发能力强的原因上面已经提到了,响应快是因为大量非阻塞式i\o操作出现的原因。这一点c也可以做到,并且能力更强,但是得多写不少优质代码。

然后,针对游戏服务器这种高实时性的运行环境,GC所造成的跳帧问题确实比较麻烦,前面的大神 @达达 有比较详细的论述和缓解方案,就不累述了 。随着golang的持续开发,相信应该会有非常大的改进。一是屏蔽内存操作是现代语言的大势所趋,它肯定是需要被实现的;二是GC算法已经相当的成熟,效率勉勉强强过得去;三是可以通过incremental的操作来均摊cpu消耗。

用这一点点效率损失换取一个更高的生产能力是不是值得呢?我觉得是值得的,硬件已经很便宜了,人生苦短,让自己的生活更轻松一点吧: )。

4、基于以上的论述,我认为采用go进行小范围的MMORPG开发是可行的。

为什么要使用 Go 语言?Go 语言的优势在哪里

1、学习曲线

它包含了类C语法、GC内置和工程工具。这一点非常重要,因为Go语言容易学习,所以一个普通的大学生花一个星期就能写出来可以上手的、高性能的应用。在国内大家都追求快,这也是为什么国内Go流行的原因之一。

2、效率

Go拥有接近C的运行效率和接近PHP的开发效率,这就很有利的支撑了上面大家追求快速的需求。

3、出身名门、血统纯正

之所以说Go语言出身名门,是因为我们知道Go语言出自Google公司,这个公司在业界的知名度和实力自然不用多说。Google公司聚集了一批牛人,在各种编程语言称雄争霸的局面下推出新的编程语言,自然有它的战略考虑。而且从Go语言的发展态势来看,Google对它这个新的宠儿还是很看重的,Go自然有一个良好的发展前途。我们看看Go语言的主要创造者,血统纯正这点就可见端倪了。

4、组合的思想、无侵入式的接口

Go语言可以说是开发效率和运行效率二者的完美融合,天生的并发编程支持。Go语言支持当前所有的编程范式,包括过程式编程、面向对象编程以及函数式编程。

5、强大的标准库

这包括互联网应用、系统编程和网络编程。Go里面的标准库基本上已经是非常稳定,特别是我这里提到的三个,网络层、系统层的库非常实用。

6、部署方便

我相信这一点是很多人选择Go的最大理由,因为部署太方便,所以现在也有很多人用Go开发运维程序。

7、简单的并发

它包含降低心智的并发和简易的数据同步,我觉得这是Go最大的特色。之所以写正确的并发、容错和可扩展的程序如此之难,是因为我们用了错误的工具和错误的抽象,Go可以说这一块做的相当简单。

8、稳定性

Go拥有强大的编译检查、严格的编码规范和完整的软件生命周期工具,具有很强的稳定性,稳定压倒一切。那么为什么Go相比于其他程序会更稳定呢?这是因为Go提供了软件生命周期的各个环节的工具,如go

tool、gofmt、go test。

go语言到底有什么好处

1. 部署简单

Go

编译生成的是一个静态可执行文件,除了glibc外没有其他外部依赖。这让部署变得异常方便:目标机器上只需要一个基础的系统和必要的管理、监控工具,完全不需要操心应用所需的各种包、库的依赖关系,大大减轻了维护的负担。

2. 并发性好

Goroutine和channel使得编写高并发的服务端软件变得相当容易,很多情况下完全不需要考虑锁机制以及由此带来的各种问题。单个Go应用也能有效的利用多个CPU核,并行执行的性能好。

3. 良好的语言设计

从学术的角度讲Go语言其实非常平庸,不支持许多高级的语言特性;但从工程的角度讲,Go的设计是非常优秀的:规范足够简单灵活,有其他语言基础的程序员都能迅速上手。更重要的是

Go 自带完善的工具链,大大提高了团队协作的一致性。

4. 执行性能好

虽然不如 C 和 Java,但相比于其他编程语言,其执行性能还是很好的,适合编写一些瓶颈业务,内存占用也非常省。


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