fasthttp中运用哪些go优化技巧？

fasthttp刚出道的时候号称比net/http快十倍，更少的内存分配 。并同时在github上给出一些go开发上的小技巧。

本文主要通过源码来窥探下fasthttp里是如何使用这些技巧的。

减少[]byte的分配，尽量去复用它们

两种方式进行复用：

1. sync.Pool

2. slice = slice[:0]。所有的类型的Reset方法，均使用此方式。例如类型URI、Args、ByteBuffer、Cookie、RequestHeader、ResponseHeader等。

fasthttp里共有35个地方使用了sync.Pool。sync.Pool除了降低GC的压力，还能复用对象，减少内存分配。

// 例如类型Server

type Server struct {

// ...

ctxPool sync.Pool // 存RequestCtx对象

readerPool sync.Pool // 存bufio对象，用于读HTTP Request

writerPool sync.Pool // 存bufio对象，用于写HTTP Request

hijackConnPool sync.Pool

bytePool sync.Pool

}

// 例如cookies

var cookiePool = &sync.Pool{

New: func() interface{} {

return &Cookie{}

},

}

func AcquireCookie() *Cookie {

return cookiePool.Get().(*Cookie)

}

func ReleaseCookie(c *Cookie) {

c.Reset()

cookiePool.Put(c)

}

// 例如workPool. 每个请求以一个新的goroutine运行。就是workpool做的调度

type workerPool struct {

// ...

workerChanPool sync.Pool

}

func (wp *workerPool) getCh() *workerChan {

var ch *workerChan

// ...

if ch == nil {

if !createWorker {

// 已经达到worker数量上限，不允许创建了

return nil

}

// 尝试复用旧worker

vch := wp.workerChanPool.Get()

if vch == nil {

vch = &workerChan{

ch: make(chan net.Conn, workerChanCap),

}

}

ch = vch.(*workerChan)

// 创建新的goroutine处理请求

go func() {

wp.workerFunc(ch)

// 用完了返回去

wp.workerChanPool.Put(vch)

}()

}

return ch

}

还有复用已经分配的[]byte。

s = s[:0] 和 s = append(s[:0], b…) 这两种复用方式，总共出现了191次。

// 清空 URI

func (u *URI) Reset() {

u.pathOriginal = u.pathOriginal[:0]

u.scheme = u.scheme[:0]

u.path = u.path[:0]

// ....

}

// 清空 ResponseHeader

func (h *ResponseHeader) resetSkipNormalize() {

// ...

h.contentLengthBytes = h.contentLengthBytes[:0]

h.contentType = h.contentType[:0]

h.server = h.server[:0]

h.h = h.h[:0]

h.cookies = h.cookies[:0]

}

// 清空Cookies

func (c *Cookie) Reset() {

c.key = c.key[:0]

c.value = c.value[:0]

// ...

c.domain = c.domain[:0]

c.path = c.path[:0]

// ...

}

func (c *Cookie) SetKey(key string) {

c.key = append(c.key[:0], key...)

}

方法参数尽量用[]byte. 纯写场景可避免用bytes.Buffer

方法参数使用[]byte，这样做避免了[]byte到string转换时带来的内存分配和拷贝。毕竟本来从net.Conn读出来的数据也是[]byte类型。

某些地方确实想传string类型参数，fasthttp也提供XXString()方法。

String方法背后是利用了 a = append(a, string…) 。这样做不会造成string到[]byte的转换(该结论通过查看汇编得到，汇编里并没用到runtime.stringtoslicebyte方法)

// 例如写Response时，提供专门的String方法

func (resp *Response) SetBodyString(body string) {

// ...

bodyBuf.WriteString(body)

}

上面的bodyBuf变量类型为ByteBuffer，来源于作者另外写的一个库， bytebufferpool(https://github.com/valyala/bytebufferpool) 。

正如介绍一样，库的主要目标是反对多余的内存分配行为。与标准库的bytes.Buffer类型对比，性能高30%。

但ByteBuffer只提供了write类操作。适合高频写场景。

先看下标准库bytes.Buffer是如何增长底层slice的。重点是bytes.Buffer没有内存复用。

// 增长slice时，都会调用grow方法

func (b *Buffer) grow(n int) int {

// ...

if m+n <= cap(b.buf)/2 {

copy(b.buf[:], b.buf[b.off:])

} else {

// 通过makeSlice获取新的slice

buf := makeSlice(2*cap(b.buf) + n)

// 而且还要拷贝

copy(buf, b.buf[b.off:])

b.buf = buf

}

// ...

}

func makeSlice(n int) []byte {

// maekSlice 是直接分配出新的slice，没有复用的意思

return make([]byte, n)

}

再看ByteBuffer的做法。重点是复用内存。

// 通过复用减少内存分配，下次复用

func (b *ByteBuffer) Reset() {

b.B = b.B[:0]

}

// 提供专门String方法，通过append避免string到[]byte转换带来的内存分配和拷贝

func (b *ByteBuffer) WriteString(s string) (int, error) {

b.B = append(b.B, s...)

return len(s), nil

}

// 如果写buffer的内容很大呢？增长的事情交给append

// 但因为Reset()做了复用，所以cap足够情况下，append速度会很快

func (b *ByteBuffer) Write(p []byte) (int, error) {

b.B = append(b.B, p...)

return len(p), nil

}

Request和Response都是用ByteBuffer存body的。清空body是把ByteBuffer交还给pool，方便复用。

var (

requestBodyPool bytebufferpool.Pool

// responseBodyPool和requestBodyPool一样，就不贴代码了

responseBodyPool bytebufferpool.Pool

)

func (req *Request) ResetBody() {

// ...

if req.body != nil {

if req.keepBodyBuffer {

req.body.Reset()

} else {

// 交还给pool

requestBodyPool.Put(req.body)

req.body = nil

}

}

}

不放过能复用内存的地方

有些地方需要kv型数据，一般使用map[string]string。但map不利于复用。所以fasthttp使用slice来实现了map

缺点是查询时间复杂度O(n)。

可key数量不多时，slice的方式能够很好地减少内存分配，尤其在大并发场景下。

type argsKV struct {

key []byte

value []byte

noValue bool

}

// 增加新的kv

func appendArg(args []argsKV, key, value string, noValue bool) []argsKV {

var kv *argsKV

args, kv = allocArg(args)

// 复用原来key的内存空间

kv.key = append(kv.key[:0], key...)

if noValue {

kv.value = kv.value[:0]

} else {

// 复用原来value的内存空间

kv.value = append(kv.value[:0], value...)

}

kv.noValue = noValue

return args

}

func allocArg(h []argsKV) ([]argsKV, *argsKV) {

n := len(h)

if cap(h) > n {

// 复用底层数组空间，不用分配

h = h[:n+1]

} else {

// 空间不足再分配

h = append(h, argsKV{})

}

return h, &h[n]

}

避免string与[]byte转换开销

这两种类型转换是带内存分配与拷贝开销的，但有一种办法(trick)能够避免开销。利用了string和slice在runtime里结构只差一个Cap字段实现的。

type StringHeader struct {

Data uintptr

Len int

}

type SliceHeader struct {

Data uintptr

Len int

Cap int

}

// []byte -> string

func b2s(b []byte) string {

return *(*string)(unsafe.Pointer(&b))

}

// string -> []byte

func s2b(s string) []byte {

sh := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s))

bh := reflect.SliceHeader{

Data: sh.Data,

Len: sh.Len,

Cap: sh.Len,

}

return *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&bh))

}

注意这种做法带来的问题：

1. 转换出来的[]byte不能有修改操作

2. 依赖了XXHeader结构，runtime更改结构会受到影响

3. 如果unsafe.Pointer作用被更改，也受到影响

最后总结下来

1. fasthttp避免绝大部分多余的内存分配行为，能复用绝不分配。

2. 善用 sync.Pool。

3. 尽量避免[]byte与string之间转换带来的开销。

4. 巧用[]byte相关的 特性。