Go語言性能測試

對於一些服務來說，性能是極其重要的一環，事關系統的吞吐、訪問的延遲，進而影響用戶的體驗。

寫性能測試在Go語言中是很便捷的，go自帶的標准工具鏈就有完善的支持，下面我們來從Go的內部和系統調用方面來詳細剖析一下Benchmark這塊兒。

Benchmark

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Go做Benchmar只要在目錄下創建一個_test.go后綴的文件，然后添加下面函數：

func BenchmarkStringJoin1(b *testing.B) {
    b.ReportAllocs()
    input := []string{"Hello", "World"}
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        result := strings.Join(input, " ")
        if result != "Hello World" {
            b.Error("Unexpected result: " + result)
        }
    }
}

 

調用以下命令:

# go test -run=xxx -bench=. -benchtime="3s" -cpuprofile profile_cpu.out

 

該命令會跳過單元測試，執行所有benchmark,同時生成一個cpu性能描述文件.

這里有兩個注意點:

• -benchtime 可以控制benchmark的運行時間
• b.ReportAllocs() ，在report中包含內存分配信息，例如結果是:

BenchmarkStringJoin1-4 300000 4351 ns/op 32 B/op 2 allocs/op

 

-4表示4個CPU線程執行；300000表示總共執行了30萬次；4531ns/op，表示每次執行耗時4531納秒；32B/op表示每次執行分配了32字節內存；2 allocs/op表示每次執行分配了2次對象。

根據上面的信息，我們就能對熱點路徑進行內存對象分配的優化,例如針對上面的程序我們可以進行小小的優化:

func BenchmarkStringJoin2(b *testing.B) {
    b.ReportAllocs()
    input := []string{"Hello", "World"}
    join := func(strs []string, delim string) string {
        if len(strs) == 2 {
            return strs[0] + delim + strs[1];
        }
        return "";
    };
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        result := join(input, " ")
        if result != "Hello World" {
            b.Error("Unexpected result: " + result)
        }
    }
}

 

新的Benchmark結果是：

BenchmarkStringJoin2-4 500000 2440 ns/op 16 B/op 1 allocs/op

 

可以看出來，在減少了內存分配后，性能提升了60%以上！

Cpu Profile

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上一節的benchmark結果，我們只能看到函數的整體性能，但是如果該函數較為復雜呢？然后我們又想知道函數內部的耗時，這時就該Cpu Profile登場了。

Cpu profile是Go語言工具鏈中最閃耀的部分之一，掌握了它以及memory、block profile,那基本上就沒有你發現不了的性能瓶頸了。

之前的benchmark同時還生成了一個profile_cpu.out文件，這里我們執行下面的命令:

# go tool pprof app.test profile_cpu.out
Entering interactive mode (type "help" for commands)
(pprof) top10
8220ms of 10360ms total (79.34%)
Dropped 63 nodes (cum <= 51.80ms)
Showing top 10 nodes out of 54 (cum >= 160ms)
      flat  flat%   sum%        cum   cum%
    2410ms 23.26% 23.26%     4960ms 47.88%  runtime.concatstrings
    2180ms 21.04% 44.31%     2680ms 25.87%  runtime.mallocgc
    1200ms 11.58% 55.89%     1200ms 11.58%  runtime.memmove
     530ms  5.12% 61.00%      530ms  5.12%  runtime.memeqbody
     530ms  5.12% 66.12%     2540ms 24.52%  runtime.rawstringtmp
     470ms  4.54% 70.66%     2420ms 23.36%  strings.Join
     390ms  3.76% 74.42%     2330ms 22.49%  app.BenchmarkStringJoin3B
     180ms  1.74% 76.16%     1970ms 19.02%  runtime.rawstring
     170ms  1.64% 77.80%     5130ms 49.52%  runtime.concatstring3
     160ms  1.54% 79.34%      160ms  1.54%  runtime.eqstring

 

上面僅僅展示部分函數的信息，並沒有調用鏈路的性能分析，因此如果需要完整信息，我們要生成svg或者pdf圖。

# go tool pprof -svg profile_cpu.out > profile_cpu.svg
# go tool pprof -pdf profile_cpu.out > profile_cpu.pdf

 

下面是profile_cpu.pdf的圖:

 

可以看到圖里包含了多個benchmark的合集(之前的兩段benmark函數都在同一個文件中)，但是我們只關心性能最差的那個benchmark,因此需要過濾：

go test -run=xxx -bench=BenchmarkStringJoin2B$ -cpuprofile profile_2b.out
go test -run=xxx -bench=BenchmarkStringJoin2$ -cpuprofile profile_2.out
go tool pprof -svg profile_2b.out > profile_2b.svg
go tool pprof -svg profile_2.out > profile_2.svg

 

 

根據圖片展示，benchmark自身的函數(循環之外的函數)runtime.concatstrings觸發了內存對象的分配，造成了耗時，但是跟蹤到這里，我們已經無法繼續下去了，因此下面就需要flame graphs 了。

“A flame graph is a good way to drill down your benchmarks, finding your bottlenecks #golang” via @TitPetric

 

如果想詳細查看，你只要點擊這些矩形塊就好。

 

生成這些圖，我們需要 uber/go-torch這個庫，這個庫使用了https://github.com/brendangregg/FlameGraph,下面是一個自動下載依賴，然后生成frame graph的腳本，讀者可以根據需要，自己實現。

#!/bin/bash
# install flamegraph scripts
if [ ! -d "/opt/flamegraph" ]; then
    echo "Installing flamegraph (git clone)"
    git clone --depth=1 https://github.com/brendangregg/FlameGraph.git /opt/flamegraph
fi

# install go-torch using docker
if [ ! -f "bin/go-torch" ]; then
    echo "Installing go-torch via docker"
    docker run --net=party --rm=true -it -v $(pwd)/bin:/go/bin golang go get github.com/uber/go-torch
    # or if you have go installed locally: go get github.com/uber/go-torch
fi

PATH="$PATH:/opt/flamegraph"
bin/go-torch -b profile_cpu.out -f profile_cpu.torch.svg

 

至此，我們的benchmark之路就告一段落，但是上面所述的cpu profile不僅僅能用在benchmark中，還能直接在線debug生產環境的應用性能，具體的就不詳細展開，該系列后續文章會專門講解。

完整源碼

package main

import "testing"
import "strings"

func BenchmarkStringJoin1(b *testing.B) {
    b.ReportAllocs()
    input := []string{"Hello", "World"}
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        result := strings.Join(input, " ")
        if result != "Hello World" {
            b.Error("Unexpected result: " + result)
        }
    }
}

func BenchmarkStringJoin1B(b *testing.B) {
    b.ReportAllocs()
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        input := []string{"Hello", "World"}
        result := strings.Join(input, " ")
        if result != "Hello World" {
            b.Error("Unexpected result: " + result)
        }
    }
}

func BenchmarkStringJoin2(b *testing.B) {
    b.ReportAllocs()
    input := []string{"Hello", "World"}
    join := func(strs []string, delim string) string {
        if len(strs) == 2 {
            return strs[0] + delim + strs[1];
        }
        return "";
    };
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        result := join(input, " ")
        if result != "Hello World" {
            b.Error("Unexpected result: " + result)
        }
    }
}

func BenchmarkStringJoin2B(b *testing.B) {
    b.ReportAllocs()
    join := func(strs []string, delim string) string {
        if len(strs) == 2 {
            return strs[0] + delim + strs[1];
        }
        return "";
    };
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        input := []string{"Hello", "World"}
        result := join(input, " ")
        if result != "Hello World" {
            b.Error("Unexpected result: " + result)
        }
    }
}

func BenchmarkStringJoin3(b *testing.B) {
    b.ReportAllocs()
    input := []string{"Hello", "World"}
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        result := input[0] + " " + input[1];
        if result != "Hello World" {
            b.Error("Unexpected result: " + result)
        }
    }
}

func BenchmarkStringJoin3B(b *testing.B) {
    b.ReportAllocs()
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        input := []string{"Hello", "World"}
        result := input[0] + " " + input[1];
        if result != "Hello World" {
            b.Error("Unexpected result: " + result)
        }
    }
}

原文: http://www.jianshu.com/p/cb8a95cc66f0