[Golang]Benchmark性能测试

前言

基准测试是测量一个程序在固定工作负载下的性能，Go语言也提供了可以支持基准性能测试的benchmark。

使用方法

下面展示一个基准测试的示例代码来剖析下它的使用方式：

func Benchmark_test(b *testing.B) {
	for i := 0; i < b.N ; i++ {
		s := make([]int, 0)
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			s = append(s, i)
		}
	}
}

进行基准测试的文件必须以*_test.go的文件为结尾，这个和测试文件的名称后缀是一样的，例如abc_test.go参与Benchmark基准性能测试的方法必须以Benchmark为前缀，例如BenchmarkABC()参与基准测试函数必须接受一个指向Benchmark类型的指针作为唯一参数，*testing.B基准测试函数不能有返回值b.ResetTimer是重置计时器，调用时表示重新开始计时，可以忽略测试函数中的一些准备工作b.N是基准测试框架提供的，表示循环的次数，因为需要反复调用测试的代码，才可以评估性能 命令及参数

性能测试命令为go test [参数]，比如go test -bench=. -benchmem，具体的命令参数及含义如下：

参数	含义
-bench regexp	性能测试，支持表达式对测试函数进行筛选。
-bench	. 则是对所有的benchmark函数测试，指定名称则只执行具体测试方法而不是全部
-benchmem	性能测试的时候显示测试函数的内存分配的统计信息
－count n	运行测试和性能多少此，默认一次
-run regexp	只运行特定的测试函数， 比如-run ABC只测试函数名中包含ABC的测试函数
-timeout t	测试时间如果超过t, panic,默认10分钟
-v	显示测试的详细信息，也会把Log、Logf方法的日志显示出来

测试结果

执行命令后，性能测试的结果展示如下

$ go test -bench=. -benchmem
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: program/benchmark
cpu: Intel(R) Core(TM) i7-9750H CPU @ 2.60GHz
Benchmark_test-12        7439091               152.0 ns/op           248 B/op          5 allocs/op
PASS
ok      promgram/benchmark    1.304s

对以上结果进行逐一分析：

结果项	含义
Benchmark_test-12	Benchmark_test 是测试的函数名 -12 表示GOMAXPROCS（线程数）的值为12
7439091	表示一共执行了7439091次，即b.N的值
152.0 ns/op	表示平均每次 *** 作花费了152.0纳秒
248B/op	表示每次 *** 作申请了248Byte的内存申请
5 allocs/op	表示每次 *** 作申请了5次内存

性能对比实例

下面通过一个数字转换字符串的实例来对比性能测试效果，并进行分析。

//Sprintf
func BenchmarkSprintf(b *testing.B) {
	num := 10
	b.ResetTimer()
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		fmt.Sprintf("%d", num)
	}
}

//Format
func BenchmarkFormat(b *testing.B) {
	num := int64(10)
	b.ResetTimer()
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		strconv.FormatInt(num, 10)
	}
}

//Itoa
func BenchmarkItoa(b *testing.B) {
	num := 10
	b.ResetTimer()
	for i := 0; i < b.N; i++ {
		strconv.Itoa(num)
	}
}

下面执行命令go test -bench=. -benchmem，收到测试报告如下：

%  go test -bench=. -benchmem
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: program/benchmark
cpu: Intel(R) Core(TM) i7-9750H CPU @ 2.60GHz
BenchmarkSprintf-12     16364854                63.70 ns/op            2 B/op          1 allocs/op
BenchmarkFormat-12      493325650                2.380 ns/op           0 B/op          0 allocs/op
BenchmarkItoa-12        481683436                2.503 ns/op           0 B/op          0 allocs/op
PASS
ok      program/benchmark    4.007s

可以发现，BenchmarkSprintf方法耗时最长，BenchmarkFormat最快，BenchmarkItoa也很快。差别在于fmt.Sprintf()执行过程中进行了一次内存分配1 allocs/op。

结合pprof分析

参数	含义	命令示例
-cpuprofile [file]	输出cpu性能文件	go test -bench=. -benchmem -cpuprofile=cpu.out
-memprofile [file]	输出mem内存性能文件	go test -bench=. -benchmem -memprofile=cpu.out

生成的CPU、内存文件可以通过go tool pprof [file]进行查看，然后在pprof中通过list [file]方法查看CPU、内存的耗时情况

### 内存情况
(pprof) list BenchmarkArrayAppend
Total: 36.49GB
ROUTINE ======================== program/benchmark.BenchmarkArrayAppend in /Users/guanjian/workspace/go/program/benchmark/benchmark_test.go
   11.98GB    11.98GB (flat, cum) 32.83% of Total
         .          .      7://Array
         .          .      8:func BenchmarkArrayAppend(b *testing.B) {
         .          .      9:   for i := 0; i < b.N; i++ {
         .          .     10:           var arr []int
         .          .     11:           for i := 0; i < 10000; i++ {
   11.98GB    11.98GB     12:                   arr = append(arr, i)
         .          .     13:           }
         .          .     14:   }
         .          .     15:}

## CPU情况
(pprof) list BenchmarkArrayAppend
Total: 8.86s
ROUTINE ======================== program/benchmark.BenchmarkArrayAppend in /Users/guanjian/workspace/go/program/benchmark/benchmark_test.go
      10ms      640ms (flat, cum)  7.22% of Total
         .          .      6:
         .          .      7://Array
         .          .      8:func BenchmarkArrayAppend(b *testing.B) {
         .          .      9:   for i := 0; i < b.N; i++ {
         .          .     10:           var arr []int
      10ms       10ms     11:           for i := 0; i < 10000; i++ {
         .      630ms     12:                   arr = append(arr, i)
         .          .     13:           }
         .          .     14:   }
         .          .     15:}

总结

go提供了benchmark性能测试的工具，提供了对函数使用内存、CPU等情况的报告分析，还可以借助pprof获得更好的分析报告等，如果想要深入分析，还可以使用之前介绍的gdb进行底层代码的链路跟踪，以及对代码进行反编译查看具体的性能损耗情况。

参考

go benchmark 性能测试 单元测试 基准测试 使用方法详解
go benchmark 性能测试