建站
咨詢
售后
建站咨詢
新聞中心
最近讀到一篇關(guān)于 Go 反射的文章，作者通過反射給結(jié)構(gòu)體填充字段值的案例，充分利用 Go 的各種內(nèi)在機理，逐步探討讓代碼運行得更快的姿勢。
創(chuàng)新互聯(lián)公司主要從事網(wǎng)站制作、網(wǎng)站設(shè)計、網(wǎng)頁設(shè)計、企業(yè)做網(wǎng)站、公司建網(wǎng)站等業(yè)務(wù)。立足成都服務(wù)永寧,十余年網(wǎng)站建設(shè)經(jīng)驗,價格優(yōu)惠、服務(wù)專業(yè),歡迎來電咨詢建站服務(wù):028-86922220
文章（原文地址：https://philpearl.github.io/post/aintnecessarilyslow/）非常有學(xué)習(xí)價值，故翻譯整理了下來。
不要使用反射，除非你真的需要。但是當(dāng)你不使用反射時，不要認(rèn)為這是因為反射很慢，它也可以很快。
反射允許你在運行時獲得有關(guān) Go 類型的信息。如果你曾經(jīng)愚蠢地嘗試編寫 json.Unmarshal 之類的新版本，本文將探討的就是如何使用反射來填充結(jié)構(gòu)體值。
切入點案例
我們以一個簡單的案例為切入點，定義一個結(jié)構(gòu)體 SimpleStruct，它包括兩個 int 類型字段 A 和 B。
type SimpleStruct struct {
A int
B int
}假如我們接收到了 JSON 數(shù)據(jù) {"B": 42}，想要對其進行解析并且將字段 B 設(shè)置為 42。
在下文，我們將編寫一些函數(shù)來實現(xiàn)這一點，它們都會將 B 設(shè)置為 42。
如果我們的代碼只適用于 SimpleStruct，這完全是不值一提的。
func populateStruct(in *SimpleStruct) {
in.B = 42
}反射基本版
但是，如果我們是要做一個 JSON 解析器，這意味著我們并不能提前知道結(jié)構(gòu)類型。我們的解析器代碼需要接收任何類型的數(shù)據(jù)。
在 Go 中，這通常意味著需要采用 interface{} （空接口）參數(shù)。然后我們可以使用 reflect 包檢查通過空接口參數(shù)傳入的值，檢查它是否是指向結(jié)構(gòu)體的指針，找到字段 B 并用我們的值填充它。
代碼將如下所示。
func populateStructReflect(in interface{}) error {
val := reflect.ValueOf(in)
if val.Type().Kind() != reflect.Ptr {
return fmt.Errorf("you must pass in a pointer")
}
elmv := val.Elem()
if elmv.Type().Kind() != reflect.Struct {
return fmt.Errorf("you must pass in a pointer to a struct")
}
fval := elmv.FieldByName("B")
fval.SetInt(42)
return nil
}讓我們通過基準(zhǔn)測試看看它有多快。
func BenchmarkPopulateReflect(b *testing.B) {
b.ReportAllocs()
var m SimpleStruct
for i := 0; i < b.N; i++ {
if err := populateStructReflect(&m); err != nil {
b.Fatal(err)
}
if m.B != 42 {
b.Fatalf("unexpected value %d for B", m.B)
}
}
}結(jié)果如下。
BenchmarkPopulateReflect-16 15941916 68.3 ns/op 8 B/op 1 allocs/op
這是好還是壞？好吧，內(nèi)存分配可從來不是好事。你可能想知道為什么需要在堆上分配內(nèi)存來將結(jié)構(gòu)體字段設(shè)置為 42（可以看這個 issue：https://github.com/golang/go/issues/2320）。但總體而言，68ns 的時間并不長。在通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出任何類型的請求時間中，你可以容納很多 68ns。
優(yōu)化一：加入緩存策略
我們能做得更好嗎？好吧，通常我們運行的程序不會只做一件事然后停止。他們通常一遍又一遍地做著非常相似的事情。因此，我們可以設(shè)置一些東西以使重復(fù)的事情速度變快嗎？
如果仔細(xì)查看我們正在執(zhí)行的反射檢查，我們會發(fā)現(xiàn)它們都取決于傳入值的類型。如果我們將類型結(jié)果緩存起來，那么對于每種類型而言，我們只會進行一次檢查。
我們再來考慮內(nèi)存分配的問題。之前我們調(diào)用 Value.FieldByName 方法，實際是 Value.FieldByName 調(diào)用 Type.FieldByName，其調(diào)用 structType.FieldByName，最后調(diào)用 structType.Field 來引起內(nèi)存分配的。我們可以在類型上調(diào)用 FieldByName 并緩存一些東西來獲取 B 字段的值嗎？實際上，如果我們緩存 Field.Index，就可以使用它來獲取字段值而無需分配。
新代碼版本如下
var cache = make(map[reflect.Type][]int)
func populateStructReflectCache(in interface{}) error {
typ := reflect.TypeOf(in)
index, ok := cache[typ]
if !ok {
if typ.Kind() != reflect.Ptr {
return fmt.Errorf("you must pass in a pointer")
}
if typ.Elem().Kind() != reflect.Struct {
return fmt.Errorf("you must pass in a pointer to a struct")
}
f, ok := typ.Elem().FieldByName("B")
if !ok {
return fmt.Errorf("struct does not have field B")
}
index = f.Index
cache[typ] = index
}
val := reflect.ValueOf(in)
elmv := val.Elem()
fval := elmv.FieldByIndex(index)
fval.SetInt(42)
return nil
}
因為沒有任何內(nèi)存分配，新的基準(zhǔn)測試變得更快。
BenchmarkPopulateReflectCache-16 35881779 30.9 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
優(yōu)化二：利用字段偏移量
我們能做得更好嗎？好吧，如果我們知道結(jié)構(gòu)體字段 B 的偏移量并且知道它是 int 類型，就可以將其直接寫入內(nèi)存。我們可以從接口中恢復(fù)指向結(jié)構(gòu)體的指針，因為空接口實際上是具有兩個指針的結(jié)構(gòu)的語法糖：第一個指向有關(guān)類型的信息，第二個指向值。
type eface struct {
_type *_type
data unsafe.Pointer
}我們可以使用結(jié)構(gòu)體中字段偏移量來直接尋址該值的字段 B。
新代碼如下。
var unsafeCache = make(map[reflect.Type]uintptr)
type intface struct {
typ unsafe.Pointer
value unsafe.Pointer
}
func populateStructUnsafe(in interface{}) error {
typ := reflect.TypeOf(in)
offset, ok := unsafeCache[typ]
if !ok {
if typ.Kind() != reflect.Ptr {
return fmt.Errorf("you must pass in a pointer")
}
if typ.Elem().Kind() != reflect.Struct {
return fmt.Errorf("you must pass in a pointer to a struct")
}
f, ok := typ.Elem().FieldByName("B")
if !ok {
return fmt.Errorf("struct does not have field B")
}
if f.Type.Kind() != reflect.Int {
return fmt.Errorf("field B should be an int")
}
offset = f.Offset
unsafeCache[typ] = offset
}
structPtr := (*intface)(unsafe.Pointer(&in)).value
*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(structPtr) + offset)) = 42
return nil
}
新的基準(zhǔn)測試表明這將更快。
BenchmarkPopulateUnsafe-16 62726018 19.5 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
優(yōu)化三：更改緩存 key 類型
還能讓它走得更快嗎？如果我們對 CPU 進行采樣，將會看到大部分時間都用于訪問 map，它還會顯示 map 訪問在調(diào)用 runtime.interhash 和 runtime.interequal。這些是用于 hash 接口并檢查它們是否相等的函數(shù)。也許使用更簡單的 key 會加快速度？我們可以使用來自接口的類型信息的地址，而不是 reflect.Type 本身。
var unsafeCache2 = make(map[uintptr]uintptr)
func populateStructUnsafe2(in interface{}) error {
inf := (*intface)(unsafe.Pointer(&in))
offset, ok := unsafeCache2[uintptr(inf.typ)]
if !ok {
typ := reflect.TypeOf(in)
if typ.Kind() != reflect.Ptr {
return fmt.Errorf("you must pass in a pointer")
}
if typ.Elem().Kind() != reflect.Struct {
return fmt.Errorf("you must pass in a pointer to a struct")
}
f, ok := typ.Elem().FieldByName("B")
if !ok {
return fmt.Errorf("struct does not have field B")
}
if f.Type.Kind() != reflect.Int {
return fmt.Errorf("field B should be an int")
}
offset = f.Offset
unsafeCache2[uintptr(inf.typ)] = offset
}
*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(inf.value) + offset)) = 42
return nil
}
這是新版本的基準(zhǔn)測試結(jié)果，它又快了很多。
BenchmarkPopulateUnsafe2-16 230836136 5.16 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
優(yōu)化四：引入描述符
還能更快嗎？通常如果我們要將數(shù)據(jù) unmarshaling 到結(jié)構(gòu)體中，它總是相同的結(jié)構(gòu)。因此，我們可以將功能一分為二，其中一個函數(shù)用于檢查結(jié)構(gòu)是否符合要求并返回一個描述符，另外一個函數(shù)則可以在之后的填充調(diào)用中使用該描述符。
以下是我們的新代碼版本。調(diào)用者應(yīng)該在初始化時調(diào)用describeType函數(shù)以獲得一個typeDescriptor，之后調(diào)用populateStructUnsafe3函數(shù)時會用到它。在這個非常簡單的例子中，typeDescriptor只是結(jié)構(gòu)體中B字段的偏移量。
type typeDescriptor uintptr
func describeType(in interface{}) (typeDescriptor, error) {
typ := reflect.TypeOf(in)
if typ.Kind() != reflect.Ptr {
return 0, fmt.Errorf("you must pass in a pointer")
}
if typ.Elem().Kind() != reflect.Struct {
return 0, fmt.Errorf("you must pass in a pointer to a struct")
}
f, ok := typ.Elem().FieldByName("B")
if !ok {
return 0, fmt.Errorf("struct does not have field B")
}
if f.Type.Kind() != reflect.Int {
return 0, fmt.Errorf("field B should be an int")
}
return typeDescriptor(f.Offset), nil
}
func populateStructUnsafe3(in interface{}, ti typeDescriptor) error {
structPtr := (*intface)(unsafe.Pointer(&in)).value
*(*int)(unsafe.Pointer(uintptr(structPtr) + uintptr(ti))) = 42
return nil
}
以下是如何使用describeType調(diào)用的新基準(zhǔn)測試。
func BenchmarkPopulateUnsafe3(b *testing.B) {
b.ReportAllocs()
var m SimpleStruct
descriptor, err := describeType((*SimpleStruct)(nil))
if err != nil {
b.Fatal(err)
}
for i := 0; i < b.N; i++ {
if err := populateStructUnsafe3(&m, descriptor); err != nil {
b.Fatal(err)
}
if m.B != 42 {
b.Fatalf("unexpected value %d for B", m.B)
}
}
}現(xiàn)在基準(zhǔn)測試結(jié)果變得相當(dāng)快。
BenchmarkPopulateUnsafe3-16 1000000000 0.359 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
這有多棒？如果我們以文章開頭原始的 populateStruct 函數(shù)編寫基準(zhǔn)測試，可以看到在不使用反射的情況下，填充這個結(jié)構(gòu)體的速度有多快。
BenchmarkPopulate-16 1000000000 0.234 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
不出所料，這甚至比我們最好的基于反射的版本還要快一點，但它也沒有快太多。
總結(jié)
反射并不一定很慢，但是你必須付出相當(dāng)大的努力，通過運用 Go 內(nèi)部機理知識，在你的代碼中隨意撒上不安全的味道 ，以使其真正加速。
最后，如果你對這種方法的實際使用感興趣，可以參考 jsoniter 庫：https://github.com/json-iterator/go，它使用 reflect2 庫：https://github.com/modern-go/reflect2 來實現(xiàn)了非常相似的方法。
名稱欄目：如何讓Go反射變快，你學(xué)會了嗎？
網(wǎng)頁路徑：http://m.5511xx.com/article/dppjhdc.html
