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• 原创作者： 猫头虎

• 作者wx： Libin9iOak

• 作者公众号： 猫头虎技术团队

2022年9月26日 Go生态洞察：Go运行时4年后的进展

🐱 猫头虎博主来啦！今天带来的是Go语言的最新动态。如果你是一个Go语言爱好者，那这篇文章一定不容错过！一起来看看自2018年以来Go运行时和Go垃圾收集器（GC）有哪些新的变化吧！🚀

摘要

🔍 在这篇文章中，作为猫头虎博主，我将带大家深入探讨自2018年以来Go运行时的发展。从sync.Pool的优化，内存分配器的改进，到新的软内存限制功能，我们将深入每一个更新，了解它们是如何使Go语言变得更高效。准备好了吗？让我们开始吧！

引言

自2018年我们关于Go GC的上一篇博客以来，Go运行时和Go垃圾收集器（GC）有了稳步的提升。这些改进主要是为了应对现实世界中Go程序的挑战和Go用户面临的实际问题。接下来，让我们一起回顾这些年来的亮点吧！

正文

🌟 Go运行时的新变化

1. sync.Pool的优化

• Go 1.13版本中，sync.Pool成为了一个对GC更友好的内存重用工具，它的延迟影响更小，并且能更有效地回收内存。

2. 主动回收内存

• Go运行时现在能更主动地将不需要的内存返还给操作系统，减少了内存消耗，降低了内存不足错误的发生几率。这降低了高达20%的闲置内存消耗。（Go 1.13 和 1.14）

3. 更灵活的goroutine抢占

• 在许多情况下，Go运行时能更容易地抢占goroutines，减少了长达90%的停止世界（stop-the-world）延迟。点击此处观看Gophercon 2020的演讲。（Go 1.14）

4. 更高效的定时器管理

• Go运行时比以前更有效地管理定时器，尤其是在多核CPU机器上。（Go 1.14）

5. defer语句的优化

• 使用defer声明的函数调用现在在大多数情况下的成本与常规函数调用一样低。点击此处观看Gophercon 2020的演讲。（Go 1.14）

6. 内存分配器的改进

• 内存分配器的慢路径现在能更好地随着CPU核心数量扩展，在高并行程序中提高了高达10%的吞吐量，降低了高达30%的尾延迟。进一步阅读。（Go 1.14 和 1.15）

7. 更细致的内存统计API

• Go内存统计现在可以通过一个更细致、灵活和高效的API访问，即[runtime/metrics包](https://pkg

.go.dev/runtime/metrics)。这降低了获取运行时统计数据的延迟两个数量级（从毫秒到微秒）。（Go 1.16）

8. 调度器的CPU时间优化

• Go调度器在寻找新工作时消耗的CPU时间减少了高达30%。（Go 1.17）

9. 基于寄存器的调用约定

• 在amd64、arm64和ppc64上，Go代码现在遵循一种基于寄存器的调用约定，提高了高达15%的CPU效率。（Go 1.17 和 Go 1.18）

10. GC内部会计和调度的重新设计

• Go GC的内部会计和调度已经重新设计，解决了一系列长期存在的效率和鲁棒性问题。这对于goroutines栈占据了大量内存使用的应用程序而言，显著降低了应用程序的尾延迟（高达66%）。（Go 1.18）

11. 空闲时限制GC的CPU使用

• Go GC现在在应用程序空闲时限制了自己的CPU使用。这导致在非常空闲的应用程序中，GC周期期间的CPU利用率降低了75%，减少了可能引起作业形状混淆的CPU峰值。（Go 1.19）

🛠️ 一个新的调节器

随着Go 1.19的发布，一个期待已久的特性终于来了：Go运行时的软内存限制。

多年来，Go GC只有一个调节参数：GOGC。GOGC让用户调整由Go GC做出的CPU开销与内存开销之间的权衡。这个“调节器”长期以来服务于Go社区，涵盖了广泛的用例。

为什么要添加一个内存限制调节器呢？

内存与CPU时间不同，不像CPU时间那样总有未来可以等待。但对于内存来说，有一个极限。

内存限制解决了两个问题。

首先，当应用程序的峰值内存使用不可预测时，仅靠GOGC几乎无法防止内存耗尽。仅有GOGC时，Go运行时根本不知道它能使用多少内存。设置内存限制使得运行时能够抵抗瞬时的、可恢复的负载峰值，通过意识到何时需要更努力地减少内存开销。

其次，为了在不使用内存限制的情况下避免内存不足错误，必须根据峰值内存调整GOGC，即使在应用程序不在峰值内存使用时也保持低内存开销，从而导致更高的GC CPU开销。这在我们这个容器化的世界尤为重要，程序被放置在具有特定和隔离的内存预留的箱子中；我们可能会更好地利用它们！通过提供对负载峰值的保护，设置内存限制允许GOGC在CPU开销方面进行更积极的调整。

内存限制的设计旨在易于采用和鲁棒。例如，它是对应用程序Go部分的整个内存占用的限制，而不仅仅是Go堆，所以用户不必担心计算Go运行时的开销。运行时也会根据内存限制调整其内存清理政策，以便在面对内存压力时更积极地将内存返回给操作系统。

然而，尽管内存限制是一个强大的工具，但在使用时仍需小心。一个重要的注意事项是，它可能导致程序出现GC抖动：程序花费太多时间运行GC，导致无法有效地进行实质性工作。例如，如果为Go程序设置的内存限制过低，不足以满足程序实际所需的内存，那么程序可能会出现抖动。以前，除非GOGC被明确调整为更偏重于内存使用，否则GC抖动是不太可能发生的。作为一种缓解措施，即使这意味着超出内存限制，运行时也会将GC限制在总CPU时间的50%以内。

考虑到这些，我们发布了一份全新的GC指南，其中包含互动式可视化内容，帮助您理解GC成本以及如何操纵它们。

📚 结论

尝试使用内存限制！在生产环境中使用它！阅读GC指南！

我们一直在寻求反馈，以改进Go，但同时也希望听到关于它如何有效工作的故事。发送我们反馈！

特性	描述	Go版本
sync.Pool优化	低延迟影响，高效内存回收	Go 1.13
主动回收内存	减少内存消耗，降低内存不足错误	Go 1.13, 1.14
Goroutine抢占	减少停止世界延迟	Go 1.14
定时器管理	在多核CPU上效率更高	Go 1.14
defer优化	成本接近常规函数调用	Go 1.14
内存分配器	更好的CPU核心扩展性	Go 1.14, 1.15
内存统计API	更快的运行时统计数据访问	Go 1.16
调度器CPU优化	减少CPU时间消耗	Go 1.17
基于寄存器的调用约定	提高CPU效率	Go 1.17, 1.18
GC内部重设计	减少尾延迟，提高效率	Go 1.18
限制GC的CPU使用	减少CPU利用率	Go 1.19

总结

以上就是自2018年以来Go运行时的主要进展。这些改进大多对用户来说是不可见的：他们熟悉和喜爱的Go代码，只需升级Go版本就能运行得更好。

本文被猫头虎的Go生态洞察专栏收录，详情点击这里。

下一篇预告

🔜 下一篇文章我们将探讨《Go语言十三年》——深入Go语言的发展历程，了解它是如何从一个小众语言成长为今天的热门技术。敬请期待！ 点击预览

原创声明

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• 原创作者： 猫头虎

• 作者wx： Libin9iOak
  

• 作者公众号： 猫头虎技术团队

学习	复习	Go生态
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