Go benchmark 一清二楚
前言
基准测试（benchmark）是 go testing 库提供的，用来度量程序性能，算法优劣的利器。
在日常生活中，我们使用速度 m/s（单位时间内物体移动的距离）大小来衡量一辆跑车的性能，同理，我们可以使用”单位时间内程序运行的次数“来衡量程序的性能。
在日常开发中，如果和同事在代码实现上有分歧，不用多费口舌，跑个分就知道谁牛X。
注意：在进行基准测试时，硬件资源直接影响测试结果，为了保证测试结果的可重复性，需要尽可能地保证硬件资源一致。（单一变量原则）
快速开始
创建项目 learnGolang
mkdir learnGolang
cd learnGolang
go mod init learnGolang
创建文件 main.go，编写我们的被测函数
package main
// 斐波那契数列
func fib(n int) int {
if n < 2 {
return n
}
return fib(n-1) + fib(n-2)
}
func sum(a, b int) int {
return a + b
}
创建文件 main_test.go ，编写基准测试用例
package main
import "testing"
func BenchmarkFib10(b *testing.B) {
for n := 0; n < b.N; n++ {
fib(10)
}
}
func BenchmarkFib20(b *testing.B) {
for n := 0; n < b.N; n++ {
fib(20)
}
}
func BenchmarkSum(b *testing.B) {
for n := 0; n < b.N; n++ {
sum(1, 2)
}
}
- 位于同一个
package内的测试文件以_test.go结尾，其中的测试用例格式为func BenchmarkXxx(b *testing.B)，注意Xxx首字母要大写（即驼峰命名法） - 函数内被测函数循环执行 b.N 次
开始运行
$ go test -bench=. .
goos: windows
goarch: amd64
pkg: learnGolang
BenchmarkFib10-4 3360627 362 ns/op
BenchmarkFib20-4 26676 44453 ns/op
BenchmarkSum-4 1000000000 0.296 ns/op
PASS
ok learnGolang 3.777s
go test [packages]指定测试范围
| 方法一 | 方法二 | |
|---|---|---|
| 运行当前 package 内的用例 | go test packageName | go test . |
| 运行子 package 内的用例 | go test packageName/subName | go test ./subName |
| 递归运行所有的用例 | go test packageName/... | go test ./... |
go test命令默认不执行 benchmark 测试，需要加上-bench参数，该参数支持正则表达式，只有匹配到的测试用例才会执行，使用.则运行所有测试用例
# 只运行斐波那契数列测试用例
$ go test -bench='.*Fib.*' .
goos: windows
goarch: amd64
pkg: learnGolang
BenchmarkFib10-4 3287449 357 ns/op
BenchmarkFib20-4 27097 44461 ns/op
PASS
ok learnGolang 3.418s
- BenchmarkFib10-4 中的 4 即
GOMAXPROCS，默认等于 CPU 核数
3287449 357 ns/op表示单位时间内（默认是1s）被测函数运行了 3287449 次，每次运行耗时 357ns，3287449*357ns=1.173s（耗时比 1s 略多，因为测试用例执行、销毁等是需要时间的）
ok learnGolang 3.418s表示本次测试总耗时
进阶参数
-benchtime t
在高中物理学中，由于测试物体瞬时速度不好实现，我们可以让物体多移动一段时间，然后采用“总距离/时间段”算出平均速度来代替瞬时速度。
go benchmark 默认测试时间是 1s，同样的原理，为了提升测试准确度，我们可以使用该参数适当增加时长。
➜ learnGolang go test -bench='Fib10$'
goos: linux
goarch: amd64
pkg: learnGolang
BenchmarkFib10-12 4153650 288 ns/op
PASS
ok learnGolang 1.491s
# 指定时长为 5s
➜ learnGolang go test -bench='Fib10$' -benchtime=5s
goos: linux
goarch: amd64
pkg: learnGolang
BenchmarkFib10-12 20616992 288 ns/op
PASS
ok learnGolang 6.235s
还是高中物理学，我们也可以指定物理移动的距离，然后测量所耗费的时间，计算平均速度。
该参数还支持特殊的形式 Nx ，用来指定被测程序的运行次数。
# 指定运行次数为 1000 次
➜ learnGolang go test -bench='Fib10$' -benchtime=1000x
goos: linux
goarch: amd64
pkg: learnGolang
BenchmarkFib10-12 1000 305 ns/op
PASS
ok learnGolang 0.002s
-count n
同样类似与测量物体速度，为了提升精确度，我们多做几次测试。
➜ learnGolang go test -bench='Fib10$' -benchtime=5s -count=3
goos: linux
goarch: amd64
pkg: learnGolang
BenchmarkFib10-12 19596388 288 ns/op
BenchmarkFib10-12 20796957 290 ns/op
BenchmarkFib10-12 20492478 291 ns/op
PASS
ok learnGolang 18.542s
-cpu n
该参数可以设置 benchmark 所使用的 CPU 核数。
下面我们模拟一次多核并行计算的例子，并观察设置不同核数后的测试结果
// main.go
func parallelExam() int {
chs := make([]chan int, 10) // 设置 10 个协程去并行计算
for i := 0; i < len(chs); i++ {
chs[i] = make(chan int, 1)
go parallelSum(chs[i])
}
sum := 0
for _, ch := range chs {
res := <-ch
sum += res
}
return sum
}
func parallelSum(ch chan int) {
defer close(ch)
sum := 0
for i := 1; i <= 100000; i++ { // 10万
sum += i
}
ch <- sum
}
// main_test.go
func BenchmarkParallelExam(b *testing.B) {
for n := 0; n < b.N; n++ {
parallelExam()
}
}
➜ learnGolang go test -bench='BenchmarkParallelExam' -cpu=1,4,6,10,12
goos: linux
goarch: amd64
pkg: learnGolang
BenchmarkParallelExam 3154 366754 ns/op
BenchmarkParallelExam-4 9316 119747 ns/op
BenchmarkParallelExam-6 10000 107040 ns/op
BenchmarkParallelExam-10 10000 108144 ns/op
BenchmarkParallelExam-12 9891 110018 ns/op
PASS
ok learnGolang 5.604s
从运行结果看出，随着 CPU 核数的增加，性能逐步提升，但是到一定阈值后，性能趋于稳定，此时再增加 CPU 核数，性能反而下降，因为 CPU 核心之间的切换也是需要成本的。
-benchmem
除了速度，内存分配情况也是需要我们重点关注的指标。
go 语言中，slice 有一个 cap 属性，合理的设置该值，可以减少内存分配次数，分配大小，提升程序性能。
// main.go
func sliceNoCap() {
s := make([]int, 0) // 未设置 cap 值
for i := 0; i < 10000; i++ {
s = append(s, i)
}
}
func sliceWithCap() {
s := make([]int, 0, 10000) // 预先设置 cap 值
for i := 0; i < 10000; i++ {
s = append(s, i)
}
}
// main_test.go
func BenchmarkSliceNoCap(b *testing.B) {
for n := 0; n < b.N; n++ {
sliceNoCap()
}
}
func BenchmarkSliceWithCap(b *testing.B) {
for n := 0; n < b.N; n++ {
sliceWithCap()
}
}
➜ learnGolang go test -bench='Cap$' -benchmem .
goos: linux
goarch: amd64
pkg: learnGolang
BenchmarkSliceNoCap-12 31318 38614 ns/op 386297 B/op 20 allocs/op
BenchmarkSliceWithCap-12 111764 10269 ns/op 81920 B/op 1 allocs/op
PASS
ok learnGolang 2.858s
可以看到前者每次执行会分配 386297 字节的内存，约等于后者的 3.76 倍，每次执行会分配内存 20 次，是后者的 20 倍。
注意事项
ResetTimer
If a benchmark needs some expensive setup before running, the timer may be reset
如果在整个 benchmark 执行前，需要一些耗时的准备工作，我们需要将这部分耗时忽略掉
func BenchmarkFib(b *testing.B) {
time.Sleep(3 * time.Second) // 模拟耗时的准备工作
b.ResetTimer() // 重置计时器，忽略前面的准备时间
for n := 0; n < b.N; n++ {
fib(10)
}
}
StopTimer & StartTimer
StopTimer stops timing a test. This can be used to pause the timer while performing complex initialization that you don't want to measure.
StartTimer starts timing a test. This function is called automatically before a benchmark starts, but it can also be used to resume timing after a call to StopTimer.
如果在被测函数每次执行前，需要一些准备工作，我们可以使用 StopTimer 暂停计时，准备工作完成后，使用 StartTimer 继续计时。
func BenchmarkFib(b *testing.B) {
for n := 0; n < b.N; n++ {
b.StopTimer() // 暂停计时
prepare() // 每次函数执行前的准备工作
b.StartTimer() // 继续计时
funcUnderTest() // 被测函数
}
}
参考
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