Golang 性能基準測試（benchmark）詳解

Golang性能基準測試可以幫助開發人員比較不同的實作方式對性能的影響，以便優化程式，本文就來講解一下如何使用Golang的性能基準測試功能。

Golang 性能基準測試

Golang 中的性能基準測試是使用标準庫 testing 來實作的，編寫性能測試代碼是很容易的：

1. 建立性能測試檔案：在 Go 項目的源代碼目錄下建立一個新的檔案（和被測代碼檔案在同一個包），以 _test.go 為字尾名。例如，要測試net包中 dial.go 中的方法，在 net 包中建立一個名字為 dial_test.go 檔案，和單元測試檔案是一樣的。
2. 導入 testing 包：在測試檔案中導入testing包，以使用相關的的函數和工具。
3. 編寫測試函數：在測試檔案中，編寫一個以 Benchmark 為字首的函數，後面跟上一個或多個字元或字元組合來辨別測試用例的名稱（一般使用被測的函數名稱），參數必須是 b *testing.B。
4. 編寫測試代碼：b.N是基準測試架構提供的，表示循環的次數，因為需要反複調用測試代碼來評估性能。b.N 的值會以1, 2, 5, 10, 20, 50, …這樣的規律遞增下去直到運作時間大于1秒鐘，由于程式判斷運作時間穩定才會停止運作，是以千萬不要在loop循環裡面使用一個變化的值作為函數的參數。

以 json 格式校驗工具

https://github.com/luduoxin/json-validator-go 為例，validator包中的 scanner.go 檔案中的關鍵函數 Valid 用于校驗給定字元串是否 json 格式，對應的性能測試檔案為 scanner_test.go，裡面的測試函數為 BenchmarkValid，代碼如下：

package validator

import "testing"

func BenchmarkValid(b *testing.B) {
	str := `{"foo":"bar"}`
	b.ResetTimer()
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		Valid([]byte(str))
	}
           

運作性能測試用例

性能測試指令為 go test [參數]，比如 go test -bench=. ，具體的指令參數及含義如下：

-bench regexp 性能測試，運作指定的測試函

-bench . 運作所有的benchmark函數測試，指定名稱則隻執行具體測試方法而不是全部

-benchmem 性能測試的時候顯示測試函數的記憶體配置設定的統計資訊

－count n 運作測試和性能多少此，預設一次

-run regexp 隻運作特定的測試函數

-timeout t 測試時間如果超過 t 則panic，預設10分鐘

-v 顯示測試的詳細資訊

啟動指令行，切換到 json-validator-go 項目的 validator 檔案夾下，運作全部性能測試用例：

$ go test -bench=.
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: github.com/luduoxin/json-validator-go/validator
cpu: Intel(R) Core(TM) i5-8259U CPU @ 2.30GHz
BenchmarkValid-8        13562608                86.55 ns/op
PASS
ok      github.com/luduoxin/json-validator-go/validator 1.420s           

上面輸出的報告的倒數第三行資訊的内容含義如下：

BenchmarkValid 是性能測試函數名稱，-8 表示 GOMAXPROCS 的值為8，13562608 表示一共執行了13562608次，即b.N的值，86.55 ns/op 表示平均每次操作花費了 86.55 納秒。

在一個測試方法裡面也可以跑多個用例，使用更多的類型的資料分别看下對應的性能，代碼如下：

package validator

import "testing"

func BenchmarkValid(b *testing.B) {
	var validTests = []struct {
		data string
		ok   bool
	}{
		{`foo`, false},
		{`}{`, false},
		{`{]`, false},
		{`{}`, true},
		{`[{}]`, true},
		{`{"foo":"bar"}`, true},
		{`{"foo":"bar","bar":{"baz":["qux"]}}`, true},
	}

	for _, v := range validTests {
		b.Run("", func(b *testing.B) {
			for i := 0; i < b.N; i++ {
				Valid([]byte(v.data))
			}
		})
	}
}           

運作看下效果：

$ go test -bench=. 
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: github.com/luduoxin/json-validator-go/validator
cpu: Intel(R) Core(TM) i5-8259U CPU @ 2.30GHz
BenchmarkValid/#00-8             4746290               249.8 ns/op
BenchmarkValid/#01-8             4841005               245.5 ns/op
BenchmarkValid/#02-8             4610671               257.0 ns/op
BenchmarkValid/#03-8            26957421                42.63 ns/op
BenchmarkValid/#04-8            29747263                41.88 ns/op
BenchmarkValid/#05-8            20895832                56.31 ns/op
BenchmarkValid/#06-8            14058906                83.17 ns/op
BenchmarkValid/#07-8             5518412               212.9 ns/op
PASS
ok      github.com/luduoxin/json-validator-go/validator 10.891s