Go語言中恰到好處的內(nèi)存對齊

在開始之前，希望你計算一下 Part1 共占用的大小是多少呢？

“只有客戶發(fā)展了，才有我們的生存與發(fā)展！”這是創(chuàng)新互聯(lián)建站的服務(wù)宗旨！把網(wǎng)站當(dāng)作互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，產(chǎn)品思維更注重全局思維、需求分析和迭代思維，在網(wǎng)站建設(shè)中就是為了建設(shè)一個不僅審美在線，而且實(shí)用性極高的網(wǎng)站。創(chuàng)新互聯(lián)對成都網(wǎng)站制作、網(wǎng)站建設(shè)、外貿(mào)網(wǎng)站建設(shè)、網(wǎng)站制作、網(wǎng)站開發(fā)、網(wǎng)頁設(shè)計、網(wǎng)站優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)推廣、探索永無止境。

輸出結(jié)果：

這么一算， Part1 這一個結(jié)構(gòu)體的占用內(nèi)存大小為 1+4+1+8+1 = 15 個字節(jié)。相信有的小伙伴是這么算的，看上去也沒什么毛病

真實(shí)情況是怎么樣的呢？我們實(shí)際調(diào)用看看，如下：

輸出結(jié)果：

最終輸出為占用 32 個字節(jié)。這與前面所預(yù)期的結(jié)果完全不一樣。這充分地說明了先前的計算方式是錯誤的。為什么呢？

在這里要提到 “內(nèi)存對齊” 這一概念，才能夠用正確的姿勢去計算，接下來我們詳細(xì)的講講它是什么

有的小伙伴可能會認(rèn)為內(nèi)存讀取，就是一個簡單的字節(jié)數(shù)組擺放

上圖表示一個坑一個蘿卜的內(nèi)存讀取方式。但實(shí)際上 CPU 并不會以一個一個字節(jié)去讀取和寫入內(nèi)存。相反 CPU 讀取內(nèi)存是 一塊一塊讀取 的，塊的大小可以為 2、4、6、8、16 字節(jié)等大小。塊大小我們稱其為 內(nèi)存訪問粒度 。如下圖：

在樣例中，假設(shè)訪問粒度為 4。 CPU 是以每 4 個字節(jié)大小的訪問粒度去讀取和寫入內(nèi)存的。這才是正確的姿勢

另外作為一個工程師，你也很有必要學(xué)習(xí)這塊知識點(diǎn)哦 :)

在上圖中，假設(shè)從 Index 1 開始讀取，將會出現(xiàn)很崩潰的問題。因?yàn)樗膬?nèi)存訪問邊界是不對齊的。因此 CPU 會做一些額外的處理工作。如下：

從上述流程可得出，不做 “內(nèi)存對齊” 是一件有點(diǎn) "麻煩" 的事。因?yàn)樗鼤黾釉S多耗費(fèi)時間的動作

而假設(shè)做了內(nèi)存對齊，從 Index 0 開始讀取 4 個字節(jié)，只需要讀取一次，也不需要額外的運(yùn)算。這顯然高效很多，是標(biāo)準(zhǔn)的 空間換時間 做法

在不同平臺上的編譯器都有自己默認(rèn)的 “對齊系數(shù)”，可通過預(yù)編譯命令 #pragma pack(n) 進(jìn)行變更，n 就是代指 “對齊系數(shù)”。一般來講，我們常用的平臺的系數(shù)如下：

另外要注意，不同硬件平臺占用的大小和對齊值都可能是不一樣的。因此本文的值不是唯一的，調(diào)試的時候需按本機(jī)的實(shí)際情況考慮

輸出結(jié)果：

在 Go 中可以調(diào)用 unsafe.Alignof 來返回相應(yīng)類型的對齊系數(shù)。通過觀察輸出結(jié)果，可得知基本都是 2^n ，最大也不會超過 8。這是因?yàn)槲沂痔幔?4 位）編譯器默認(rèn)對齊系數(shù)是 8，因此最大值不會超過這個數(shù)

在上小節(jié)中，提到了結(jié)構(gòu)體中的成員變量要做字節(jié)對齊。那么想當(dāng)然身為最終結(jié)果的結(jié)構(gòu)體，也是需要做字節(jié)對齊的

接下來我們一起分析一下，“它” 到底經(jīng)歷了些什么，影響了 “預(yù)期” 結(jié)果

在每個成員變量進(jìn)行對齊后，根據(jù)規(guī)則 2，整個結(jié)構(gòu)體本身也要進(jìn)行字節(jié)對齊，因?yàn)榭砂l(fā)現(xiàn)它可能并不是 2^n ，不是偶數(shù)倍。顯然不符合對齊的規(guī)則

根據(jù)規(guī)則 2，可得出對齊值為 8。現(xiàn)在的偏移量為 25，不是 8 的整倍數(shù)。因此確定偏移量為 32。對結(jié)構(gòu)體進(jìn)行對齊

Part1 內(nèi)存布局：axxx|bbbb|cxxx|xxxx|dddd|dddd|exxx|xxxx

通過本節(jié)的分析，可得知先前的 “推算” 為什么錯誤？

是因?yàn)閷?shí)際內(nèi)存管理并非 “一個蘿卜一個坑” 的思想。而是一塊一塊。通過空間換時間（效率）的思想來完成這塊讀取、寫入。另外也需要兼顧不同平臺的內(nèi)存操作情況

在上一小節(jié)，可得知根據(jù)成員變量的類型不同，其結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存會產(chǎn)生對齊等動作。那假設(shè)字段順序不同，會不會有什么變化呢？我們一起來試試吧 :-)

輸出結(jié)果：

通過結(jié)果可以驚喜的發(fā)現(xiàn)，只是 “簡單” 對成員變量的字段順序進(jìn)行改變，就改變了結(jié)構(gòu)體占用大小

接下來我們一起剖析一下 Part2 ，看看它的內(nèi)部到底和上一位之間有什么區(qū)別，才導(dǎo)致了這樣的結(jié)果？

符合規(guī)則 2，不需要額外對齊

Part2 內(nèi)存布局：ecax|bbbb|dddd|dddd

通過對比 Part1 和 Part2 的內(nèi)存布局，你會發(fā)現(xiàn)兩者有很大的不同。如下：

仔細(xì)一看， Part1 存在許多 Padding。顯然它占據(jù)了不少空間，那么 Padding 是怎么出現(xiàn)的呢？

通過本文的介紹，可得知是由于不同類型導(dǎo)致需要進(jìn)行字節(jié)對齊，以此保證內(nèi)存的訪問邊界

那么也不難理解，為什么 調(diào)整結(jié)構(gòu)體內(nèi)成員變量的字段順序 就能達(dá)到縮小結(jié)構(gòu)體占用大小的疑問了，是因?yàn)榍擅畹販p少了 Padding 的存在。讓它們更 “緊湊” 了。這一點(diǎn)對于加深 Go 的內(nèi)存布局印象和大對象的優(yōu)化非常有幫

為什么go語言適合開發(fā)網(wǎng)游服務(wù)器端

個人覺得golang十分適合進(jìn)行網(wǎng)游服務(wù)器端開發(fā)，寫下這篇文章總結(jié)一下。 從網(wǎng)游的角度看： 要成功的運(yùn)營一款網(wǎng)游，很大程度上依賴于玩家自發(fā)形成的社區(qū)。只有玩家自發(fā)形成一個穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，游戲才能持續(xù)下去，避免鬼城的出現(xiàn)。而這就需要多次大量導(dǎo)入用戶，在同時在線用戶量達(dá)到某個臨界點(diǎn)的時候，才有可能完成。因此，多人同時在線十分有必要。 再來看網(wǎng)游的常見玩法，除了排行榜這類統(tǒng)計和數(shù)據(jù)匯總的功能外，基本沒有需要大量CPU時間的應(yīng)用。以前的項(xiàng)目里，即時戰(zhàn)斗產(chǎn)生的各種傷害計算對CPU的消耗也不大。玩家要完成一次操作，需要通過客戶端-服務(wù)器端-客戶端這樣一個來回，為了獲得高響應(yīng)速度，滿足玩家體驗(yàn)，服務(wù)器端的處理也不能占用太多時間。所以，每次請求對應(yīng)的CPU占用是比較小的。 網(wǎng)游的IO主要分兩個方面，一個是網(wǎng)絡(luò)IO，一個是磁盤IO。網(wǎng)絡(luò)IO方面，可以分成美術(shù)資源的IO和游戲邏輯指令的IO，這里主要分析游戲邏輯的IO。游戲邏輯的IO跟CPU占用的情況相似，每次請求的字節(jié)數(shù)很小，但由于多人同時在線，因此并發(fā)數(shù)相當(dāng)高。另外，地圖信息的廣播也會帶來比較頻繁的網(wǎng)絡(luò)通信。磁盤IO方面，主要是游戲數(shù)據(jù)的保存。采用不同的數(shù)據(jù)庫，會有比較大的區(qū)別。以前的項(xiàng)目里，就經(jīng)歷了從MySQL轉(zhuǎn)向MongoDB這種內(nèi)存數(shù)據(jù)庫的過程，磁盤IO不再是瓶頸?？傮w來說，還是用內(nèi)存做一級緩沖，避免大量小數(shù)據(jù)塊讀寫的方案。 針對網(wǎng)游的這些特點(diǎn)，golang的語言特性十分適合開發(fā)游戲服務(wù)器端。 首先，go語言提供goroutine機(jī)制作為原生的并發(fā)機(jī)制。每個goroutine所需的內(nèi)存很少，實(shí)際應(yīng)用中可以啟動大量的goroutine對并發(fā)連接進(jìn)行響應(yīng)。goroutine與gevent中的greenlet很相像，遇到IO阻塞的時候，調(diào)度器就會自動切換到另一個goroutine執(zhí)行，保證CPU不會因?yàn)镮O而發(fā)生等待。而goroutine與gevent相比，沒有了python底層的GIL限制，就不需要利用多進(jìn)程來榨取多核機(jī)器的性能了。通過設(shè)置最大線程數(shù)，可以控制go所啟動的線程，每個線程執(zhí)行一個goroutine，讓CPU滿負(fù)載運(yùn)行。 同時，go語言為goroutine提供了獨(dú)到的通信機(jī)制channel。channel發(fā)生讀寫的時候，也會掛起當(dāng)前操作channel的goroutine，是一種同步阻塞通信。這樣既達(dá)到了通信的目的，又實(shí)現(xiàn)同步，用CSP模型的觀點(diǎn)看，并發(fā)模型就是通過一組進(jìn)程和進(jìn)程間的事件觸發(fā)解決任務(wù)的。雖然說，主流的編程語言之間，只要是圖靈完備的，他們就都能實(shí)現(xiàn)相同的功能。但go語言提供的這種協(xié)程間通信機(jī)制，十分優(yōu)雅地揭示了協(xié)程通信的本質(zhì)，避免了以往鎖的顯式使用帶給程序員的心理負(fù)擔(dān)，確是一大優(yōu)勢。進(jìn)行網(wǎng)游開發(fā)的程序員，可以將游戲邏輯按照單線程阻塞式的寫，不需要額外考慮線程調(diào)度的問題，以及線程間數(shù)據(jù)依賴的問題。因?yàn)椋€程間的channel通信，已經(jīng)表達(dá)了線程間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系了，而go的調(diào)度器會給予妥善的處理。 另外，go語言提供的gc機(jī)制，以及對指針的保護(hù)式使用，可以大大減輕程序員的開發(fā)壓力，提高開發(fā)效率。 展望未來，我期待go語言社區(qū)能夠提供更多的goroutine間的隔離機(jī)制。個人十分推崇erlang社區(qū)的脆崩哲學(xué)，推動應(yīng)用發(fā)生預(yù)期外行為時，盡早崩潰，再fork出新進(jìn)程處理新的請求。對于協(xié)程機(jī)制，需要由程序員保證執(zhí)行的函數(shù)不會發(fā)生死循環(huán)，導(dǎo)致線程卡死。

Go語言文件操作

本文主要介紹了Go語言中文件讀寫的相關(guān)操作。

文件是什么？

計算機(jī)中的文件是存儲在外部介質(zhì)（通常是磁盤）上的數(shù)據(jù)集合，文件分為文本文件和二進(jìn)制文件。

os.Open() 函數(shù)能夠打開一個文件，返回一個 *File 和一個 err 。對得到的文件實(shí)例調(diào)用 close() 方法能夠關(guān)閉文件。

為了防止文件忘記關(guān)閉，我們通常使用defer注冊文件關(guān)閉語句。

Read方法定義如下：

它接收一個字節(jié)切片，返回讀取的字節(jié)數(shù)和可能的具體錯誤，讀到文件末尾時會返回 0 和 io.EOF 。 舉個例子：

使用for循環(huán)讀取文件中的所有數(shù)據(jù)。

bufio是在file的基礎(chǔ)上封裝了一層API，支持更多的功能。

io/ioutil 包的 ReadFile 方法能夠讀取完整的文件，只需要將文件名作為參數(shù)傳入。

os.OpenFile() 函數(shù)能夠以指定模式打開文件，從而實(shí)現(xiàn)文件寫入相關(guān)功能。

其中：

name ：要打開的文件名 flag ：打開文件的模式。 模式有以下幾種：

perm ：文件權(quán)限，一個八進(jìn)制數(shù)。r（讀）04，w（寫）02，x（執(zhí)行）01。