#yyds干货盘点#Go 语言入门很简单：基准测试

Posted 2022-03-11 宇宙之一粟

Go 测试包包含一个基准测试工具，用于检查我们的 Go 代码的性能。 在本文中，我们将使用基准工具来逐步提高一段代码的性能。 然后，我们将讨论先进的基准测试技术，以确保我们测量的是正确的东西。

Go 内置的 testing 测试框架提供了基准测试（benchmark）的能力，能让我们很容易地对某一段代码进行性能测试。

什么是基准测试

基准测试，是一种测试代码性能的方法，比如你有多种不同的方案，都可以解决问题，那么到底是那种方案性能更好呢？这时候基准测试就派上用场了。

基准测试主要是通过测试CPU和内存的效率问题，来评估被测试代码的性能，进而找到更好的解决方案。比如链接池的数量不是越多越好，那么哪个值才是最优值呢，这就需要配合基准测试不断调优了。

一个简单的基准测试

利用 Go 语言支持 benchmark 的 ​​testing​​ 库，接下来看一个简单的斐波那契数列的例子，斐波那契数列如下：

​​0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, ...​​

该数列的特性就是：前两个之后的每个数字都是前两个的总和。

因为该数列是递归定义的，所以计算第 n 个斐波那契数的函数经常要用到递归。定义声明如下的代码 ​​fib.go​​：

package fibonacci

func fib(n int) int 

    if n <= 0 
        return 0
     else if n == 1 
        return 1
    
    return fib(n-1) + fib(n-2)

然后我们写一个简单的测试文件 ​​fib_test.go​​ :

// fib_test.go
package fibonacci

import "testing"

func TestFib(t *testing.T) 
    cases := []struct 
        n    int
        want int
    
        -1, 0,
        0, 0,
        1, 1,
        2, 1,
        3, 2,
        6, 8,
        10, 55,
    

    for _, tt := range cases 
        got := fib(tt.n)
        if got != tt.want 
            t.Errorf("fib(%d) = %d, want %d", tt.n, got, tt.want)
        
    

$ go test -v       
=== RUN   TestFib
--- PASS: TestFib (0.00s)
PASS
ok      fib.go  1.379s

现在，这个递归斐波那契函数有效，但我们可以做得更好。 好多少？ 在我们重写这个函数之前，让我们建立一个基线，我们可以比较我们未来的效率改进。 Go 提供了一个基准测试工具作为测试包的一部分。 类似于 ​​TestX(t *testing.T)​​，基准是用 ​​BenchmarkX(b *testing.B)​​ 创建的，我们创建一个 ​​fib_bench_test.go​​ 文件：

package fibonacci

import "testing"

func BenchmarkFib(b *testing.B) 
    // 运行 fib 函数 30 次
    for n := 0; n < b.N; n++ 
        fib(30)
    

• benchmark 和普通的单元测试用例一样，都位于 _test.go 文件中。
• 函数名以 Benchmark 开头，参数是 b *testing.B。和普通的单元测试用例很像，单元测试函数名以 Test 开头，参数是 t *testing.T

在终端中运行 ​​go test -bench=.​​ 命令，上述基准测试的输出如下所示：：

$ go test -bench=.
goos: windows
goarch: amd64
pkg: fib.go
cpu: Intel(R) Core(TM) i7-10510U CPU @ 1.80GHz
BenchmarkFib-8               217           6472050 ns/op
PASS
ok      fib.go  2.395s

基准函数必须运行目标代码 b.N 次。 在基准执行期间，调整 b.N 直到基准函数持续足够长的时间以可靠地计时。

要运行基准测试，我们需要明确指示 go test 使用 -bench 标志运行基准测试。

• 与 -run 命令行参数类似，-bench 也接受一个正则表达式来匹配我们想要运行的基准函数。 例如，go test -bench=Fib$。
• 要运行所有的基准测试函数，我们可以简单地提供 -bench=.. go test 将首先运行所有的测试（或者与 -run 匹配的那些，如果提供的话），然后运行基准测试。

输出告诉我们基准测试是在 windows amd64 环境中运行的。 此外，测试包执行了我们的一个基准，BenchmarkFib。 它运行 b.N 循环 217 次，每次迭代（即每次调用 fib）平均持续 6472050 ns。 这个速度属于是有点慢的，现在让我们来优化一下我们的斐波那契函数。

改进斐波那契函数重新测试

我们现在不使用递归方法的计算斐波那契数列，使用迭代的方式，代码如下：

package main

func improvedFib(n int) int 
    a, b := 0, 1
    for i := 0; i < n; i++ 
        a, b = b, a+b
    
    return a

基准测试代码：

package main

import "testing"

func BenchmarkimprovedFib(b *testing.B) 
    // 运行 fib 函数 30 次
    for n := 0; n < b.N; n++ 
        improvedFib(30)
    

我们再次运行 ​​go test -bench=.​​。这次我们将看到两个基准测试的输出，测试通过：

$ go test -bench=.
PASS
ok      fib.go/improvedFib      0.478s

参考资料：

1. benchmark 基准测试
2. Production Go