自 2018 年以來(lái)，Go GC，以及更廣泛的 Go 運(yùn)行時(shí)，一直在穩(wěn)步改進(jìn)。近日，Go 社區(qū)總結(jié)了 4 年來(lái) Go 運(yùn)行時(shí)的一些重要變化。

這些重要變化主要是：

sync.Pool 是一種 GC 感知的重用內(nèi)存的工具，具有較低的延遲影響，并且能夠比之前更有效地回收內(nèi)存。(Go 1.13)

Go 運(yùn)行時(shí)能夠更主動(dòng)地將不需要的內(nèi)存返回給操作系統(tǒng)，減少了內(nèi)存消耗和出現(xiàn)內(nèi)存不足的可能性。這將減少最高 20% 的空閑內(nèi)存消耗。(Go 1.13 和 1.14)

在許多情況下，Go 運(yùn)行時(shí)能夠更容易地?fù)屨?goroutine，最高可減少 90% 的 stop-the-world 延遲。(Go 1.14)

Go 運(yùn)行時(shí)能夠比以前更有效地管理計(jì)時(shí)器，特別是在擁有多核 CPU 的機(jī)器上。(Go 1.14)

在大多數(shù)情況下，現(xiàn)在使用 defer 語(yǔ)句的函數(shù)調(diào)用的開(kāi)銷(xiāo)與常規(guī)函數(shù)調(diào)用一樣少。點(diǎn)擊這里觀(guān)看 Gophercon 2020 的相關(guān)演講。(Go 1.14)

內(nèi)存分配器的慢路徑對(duì) CPU 核心的伸縮性更好，將吞吐量提升了最多 10%，并將尾部延遲降低了最多 30%，特別是在高度并行的程序中。(Go 1.14 和 1.15)

Go 內(nèi)存統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以通過(guò)更細(xì)粒度、更靈活、更高效的 API(runtime/metrics 包)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。這將獲取運(yùn)行時(shí)統(tǒng)計(jì)信息的延遲減少了兩個(gè)數(shù)量級(jí)(從毫秒到微秒)。(Go 1.16)

Go 調(diào)度器在尋找新任務(wù)時(shí)花費(fèi)的 CPU 時(shí)間減少了 30%。(Go 1.17)

Go 代碼現(xiàn)在在 amd64、arm64 和 ppc64 上遵循基于寄存器的調(diào)用約定，將 CPU 效率提升了最多 15%。(Go 1.17 和 1.18)

Go GC 的內(nèi)部審計(jì)和調(diào)度已經(jīng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，解決了長(zhǎng)期存在的各種與效率和健壯性相關(guān)的問(wèn)題。對(duì)于 goroutine 占內(nèi)存使用很大一部分的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，這顯著降低了應(yīng)用程序的尾部延遲(最高達(dá) 66%)。(Go 1.18)

Go GC 現(xiàn)在在應(yīng)用程序空閑時(shí)會(huì)限制自己的 CPU 使用。這將空閑應(yīng)用程序的 GC 周期的 CPU 使用降低了 75%，從而減少可能導(dǎo)致作業(yè)調(diào)度器混淆的 CPU 峰值。(Go 1.19)

這些變化對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)大多是看不見(jiàn)的——他們只需要升級(jí) Go，就可以看到他們所熟悉和喜愛(ài)的 Go 代碼運(yùn)行得更好了。

一個(gè)新的“旋鈕”Go 1.19 帶來(lái)了一個(gè)期待已久的特性，使用這個(gè)特性需要做一些額外的工作，但它具備很大的潛力：Go 運(yùn)行時(shí)的軟內(nèi)存限制。

多年來(lái)，Go GC 只有一個(gè)調(diào)優(yōu)參數(shù)——GOGC。GOGC 允許用戶(hù)在 CPU 開(kāi)銷(xiāo)和內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)之間做出權(quán)衡。多年來(lái)，這個(gè)“旋鈕”為 Go 社區(qū)提供了很好的服務(wù)，被用在各種各樣的場(chǎng)景中。

Go 運(yùn)行時(shí)團(tuán)隊(duì)一直不愿意在 Go 運(yùn)行時(shí)中添加新的旋鈕，他們的理由很充分——每個(gè)新的旋鈕代表了配置空間中的一個(gè)新的維度，我們需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)試和維護(hù)，而且可能要永遠(yuǎn)持續(xù)下去。旋鈕的激增也給 Go 開(kāi)發(fā)人員增加了理解和使用它們的負(fù)擔(dān)，隨著旋鈕的增多，情況會(huì)變得愈加困難。因此，Go 運(yùn)行時(shí)總是傾向于用最小配置實(shí)現(xiàn)合理的行為。

那么為什么要添加內(nèi)存限制旋鈕呢?

內(nèi)存不像 CPU 時(shí)間那么具有可互換性。對(duì)于 CPU 時(shí)間，如果稍等片刻，將來(lái)總會(huì)得到更多的 CPU 時(shí)間。但對(duì)于內(nèi)存，你所擁有的總是有限的。

內(nèi)存限制解決了兩個(gè)問(wèn)題。

首先，當(dāng)應(yīng)用程序的內(nèi)存使用峰值不可預(yù)測(cè)時(shí)，僅靠 GOGC 幾乎無(wú)法防止內(nèi)存被耗盡。如果只使用 GOGC，Go 運(yùn)行時(shí)根本不知道它有多少可用的內(nèi)存。通過(guò)設(shè)置內(nèi)存限制，運(yùn)行時(shí)能夠意識(shí)到什么時(shí)候需要更努力地工作以減少內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)，從而使運(yùn)行時(shí)能夠健壯地應(yīng)對(duì)瞬時(shí)的、可恢復(fù)的負(fù)載峰值。

第二是為了避免不使用內(nèi)存限制時(shí)出現(xiàn)的內(nèi)存不足。我們必須根據(jù)內(nèi)存峰值調(diào)優(yōu) GOGC，而為了保持較低的內(nèi)存開(kāi)銷(xiāo)會(huì)導(dǎo)致更高的 GC CPU 開(kāi)銷(xiāo)，即使應(yīng)用程序沒(méi)有處于內(nèi)存使用峰值且有足夠的可用內(nèi)存。這在容器化的環(huán)境中尤其重要。在容器化的環(huán)境中，程序被部署在具有獨(dú)立預(yù)留內(nèi)存的容器中。設(shè)置內(nèi)存限制可以為峰值負(fù)載提供保護(hù)，并可以針對(duì) CPU 開(kāi)銷(xiāo)更主動(dòng)地調(diào)優(yōu) GOGC。

內(nèi)存限制的設(shè)計(jì)旨在易用性和健壯性。例如，它是對(duì)應(yīng)用程序中 Go 部分的整個(gè)內(nèi)存占用的限制，而不僅僅是 Go 的堆，因此用戶(hù)不需要額外計(jì)算 Go 運(yùn)行時(shí)的開(kāi)銷(xiāo)。運(yùn)行時(shí)還會(huì)根據(jù)內(nèi)存限制調(diào)整其內(nèi)存清除策略，以便在內(nèi)存出現(xiàn)壓力時(shí)更主動(dòng)地將內(nèi)存返回給操作系統(tǒng)。

雖然內(nèi)存限制是一個(gè)強(qiáng)大的工具，但在使用時(shí)仍然要謹(jǐn)慎。其中一個(gè)需要注意的地方是，它會(huì)讓你的程序陷入 GC 抖動(dòng)狀態(tài)——在這種狀態(tài)下，程序運(yùn)行 GC 的時(shí)間過(guò)多，導(dǎo)致沒(méi)有足夠的時(shí)間來(lái)處理其他任務(wù)。例如，如果內(nèi)存限制設(shè)置得比程序?qū)嶋H需要的內(nèi)存少，Go 程序可能會(huì)崩潰。以前不太可能出現(xiàn) GC 抖動(dòng)，除非顯式對(duì) GOGC 進(jìn)行了大量調(diào)優(yōu)。我們選擇讓內(nèi)存耗盡而不是陷入抖動(dòng)狀態(tài)，因此作為一種緩解措施，運(yùn)行時(shí)將 GC 限制為總 CPU 時(shí)間的 50%，即使這樣會(huì)超過(guò)內(nèi)存限制。

所有這些都需要慎重考慮，因此，作為這項(xiàng)工作的一部分，我們發(fā)布了一個(gè)新的 GC 指南，其中包含了交互式可視化的圖表，以幫助你們理解 GC 成本以及如何操作它們。

審核編輯：湯梓紅