Go巧用内存对齐-让结构体内存更小

实验

我们可以直接使用unsafe.Sizeof(foo)来获取某个结构体变量在内存中占用的大小， 看一下下边的结构体，思考一下他们在内存中占用的大小一样么？

type Foo0 struct {
	a int8
	b int32
	c int16
	d int8
	e bool
}

type Foo1 struct {
	a int8
	b int32
	e bool
	c int16
	d int8
}

实验结果

f0 := Foo0{}
f1 := Foo1{}
fmt.Println("f0 size:", unsafe.Sizeof(f0))    // 将会输出12
fmt.Println("f1 size:", unsafe.Sizeof(f1))    // 将会输出16

可能有的人会问，12？我预计的是1 + 4 + 2 + 1 + 1 = 9，12怎么可能，更别说16了。别急慢慢往下分析

内存对齐

为了迎合CPU一块一块的读取内存内容，将内存补足。32位机一般是以每4个字节去内存读取数据，也就是说如果我们的数据占用1个字节，CPU读取这个数据时，也是可能需要读取4个字节出来(需要看具体场景和位置)。(64位机是8个字节)

编译器默认对齐大小: 32位机是4字节，64位机是8字节

为什么对齐

先看一下这个例子，为了好画以4个字节为单位去读取，a类型为int32，刚好a在内存的位置为下图，蓝色为a，其他颜色为其他的变量

如果CPU需要用到a:

• 非对齐情况: 先读取前4个字节，再读取后4个字节，将2-5进行拼接得到a
• 对齐情况: 直接读出后4个字节就能得到a，注意：空白格是为了对齐而填充的内存占位

两种情况哪个更有效率一目了然，典型的空间换时间，提升性能

golang的对齐规则(结构体)

变量定义: 编译器默认对齐大小为N，当前成员变量类型的大小为n，所有成员类型最大大小为mn

1. 第一个成员变量的偏移量为 0。之后的每个成员偏移量取N或n小的那个数的整数倍
2. 结构体本身，所有成员排列完后，结构体整体偏移量取N或mn小的那个数的整数倍

使用unsafe.Sizeof(x) 获取当前变量的内存大小

应用

回到上边的实验题，我的机器是64位的，对于f0和f1的内存结构分别应该入下图所示

• f0: 写b时击中了1号规则，需要给a后边填充3个空白内存位，写c时刚好ab占用位8，是2的整倍数，不用填充空白位，同理d，e也不需要填充空白位，最后f0的整体大小是12，刚好是abcde中最大的b(4个字节，比8小，以4为准)整倍数，不用再填充。
• f1: 写b时击中了1号规则，需要给a后边填充3个空白内存位，写e时，ab刚好占用8，是1的整倍数，写c时，abe占用9，不满足是2的整倍数，所以在e后填充1个空白位，写入d时，满足1的整倍数不用填充， 最后f1占用13个字节，不满足abcde中最大的b的整倍数，所以末尾填充3个空白位，达到16
• 如果机器是32位的话比较: f0 和 f1哪个的读取效率高，f0需要3次读完，f1则需要4次

如果现在有一个f2，如下，占用多少内存呢？

type Foo2 struct {
	a int8
	b int16
	c bool
}
f2 := Foo2{}      // 答案6


type Foo3 struct {
	a int8
	c bool
  b int16
}
f3 := Foo3{}     //  答案4，非常可观，节省了33%的内存

意义

• 提高内存利用率，合理安排结构体的字段顺序，可以降低内存的使用，提升内存利用率，如f2和f3

• 提高CPU的读取效率，比如前边的f0和f1，既降低了内存还提升了读取效率

如果你的系统是高并发系统，并且对内存使用比较敏感(内存要钱)，你需要好好考虑一下你的结构体设计，尤其是在过程中需要产生很多这类的结构体变量。

但是如果你的系统很长一段时间根本没有并发、内存的顾虑，而重要的是要优先上线使用，那就要优先考虑开发效率，已功能为主。

因地制宜，因时而变。