Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13

VogtEmma 发布于1月前
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Go 1.13版本 在2019.9.3 正式发布 !国外的Gopher Vincent Blanchon发表了一篇文章 《Go: Retrospective》 (科学上网阅读),对Go从1.0版本到1.13版本做了简要的回顾,这里是那篇文章的译文。

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13

对于每一位Go开发者来说,Go语言的演化历程是必须要知道的事情。了解这些横跨年份发布的大版本的主要变化将有助于Gopher理解Go语言的发展理念以及该语言每个版本的优势与不足。更多关于特定版本的变更细节,可以参考 每个版本对应的Changelog

Go 1.0 – 2012.3月

伴随着Go语言的第一个版本,Go的缔造者还发布了一份 兼容性文档 。该文档保证未来的Go版本将保持向后兼容性(backward-compatible),即始终兼容已有的代码,保证已有代码在Go新版本下编译和运行的正确性。

Go 1.0版本还包含了go tool pprof命令,这是一个 Google pprof C++ profiler 的变体。Go 1.0还提供了 go vet命令 (之前的go tool vet),用于报告Go package中可能的错误。

Go 1.1 – 2013.5月

该版本主要专注于语言改善和性能提升(编译器、垃圾回收、map、goroutine调度)。这里是一个改善后的效果示意图:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图来自https://dave.cheney.net/2013/05/21/go-11-performance-improvements

这个版本同时还嵌入了一个 竞态探测器(race detector) ,这个工具对于Go这种原生并发的语言是十分必要的。在 《Race Detector with ThreadSanitizer”》 一文中,你可以找到有关race detector的更多详细信息。

在这个版本中的一个重点变动是 Goroutine调度器 被重写了,重写后的调度器性能大幅提升。

重写后的Go调度器的设计如下图:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图来自 https://rakyll.org/scheduler/

M对应的是操作系统的线程。 P 表示一个处理器(P的数量不能超过GOMAXPROCS),每个P拥有一个本地goroutine队列。在1.1版本之前,P这个抽象并不存在。所有goroutine的调度通过全局互斥锁进行全局级别的管理。这次改进实现了”work-stealing”算法,允许某个P从其他P的队列中”偷goroutine”:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图来自 https://rakyll.org/scheduler/

更多关于Go调度器调度原理以及”work-stealing”算法的信息,可以查看Jaana B. Dogan的文章 《Go’s work-stealing scheduler》

Go 1.2 – 2013.12

在该版本中,Go test命令开始支持代码测试覆盖率统计了,并且通过go提供的新子命令: go tool cover可以查看代码测试覆盖率统计信息:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图来自 https://blog.golang.org/cover

它还能提供代码覆盖信息:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图来自 https://blog.golang.org/cover

Go 1.3 – 2014.6

该版本包含了栈管理的一个重要改进。在该版本中,栈内存分配采用 连续段(contiguous segment) 的分配模式以提升内存分配效率。这将为下一个版本将栈size降到2KB奠定基础。之前的分割栈分配方式(segment stack)存在频繁分配/释放栈段导致栈内存分配性能不稳定(较低)的问题,引入新机制后,分配稳定性和性能都有较大改善。

这里是一个json包的例子,图中显示json包对栈size的敏感度:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图来自 contiguous stack

使用连续段的栈内存分配管理模式解决了一些程序性能低下的问题。下面是html/template包的性能对stack size的敏感度图:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13

更多信息可参见[《How Does the Goroutine Stack Size Evolve?”》(https://medium.com/@blanchon.vincent/go-how-does-the-goroutine-stack-size-evolve-447fc02085e5)]。

这个版本还发布了sync.Pool。这个组件允许我们后面重用结构体,减少内存分配的次数。它也将成为Go生态圈中许多性能提升的源头,比如:标准库中的encoding/json、net/http或是Go社区中的zap等。

关于sync.Pool的更多信息,可以参考文章 《Understand the Design of Sync.Pool》

Go开发组在该版本中 对channel进行了优化改善 ,使其性能获得提升。下面是channel在Go 1.2和Go 1.3版本中的基准测试数据对比:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13

Go 1.4 2014.12

在该版本中,Go提供了对Android的官方支持。使用 golang.org/x/mobile包 ,gopher们可以使用Go编写简单的Android应用。

同时,之前版本中大量用C语言和汇编语言实现的运行时已经被翻译为Go,一个更为精确的垃圾回收器让堆内存分配减少了10~30%。

和版本自身无关的是,Go工程在本次发布后已经从Mercurial迁移到Git,从Google code迁移到github。

Go还发布了go generate命令,该命令可以通过扫码代码中的//go:generate指示器来生成代码,可以帮助Gopher简化代码生成工作。

更多关于这方面的信息可以参考 Go blog 和这篇文章 《Generating code》

Go 1.5 – 2015.8

这个新版本推迟了两个月发布,目的是适应Go新的开发发布周期:每年二月和八月进行发布:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图来自:https://github.com/golang/go/wiki/Go-Release-Cycle

在该版本中, 垃圾回收器全面重构 。由于引入并发回收器,回收阶段带来的延迟大幅减少。下面是来自一个生产环境服务器上的延迟数据,我们看到延迟从300ms降到了30ms:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图片来自 https://blog.golang.org/ismmkeynote

这个版本还发布go tool trace命令,通过该命令我们可以实现执行器的跟踪(trace)。这些跟踪是在test执行、运行时生成的,跟踪信息可以通过浏览器呈现:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图片来自 原始Go Execution Tracer文档

Go 1.6 – 2016.2

这个版本的最显著变化是当使用HTTPS时,将默认支持HTTP/2。

垃圾回收器的延迟在该版本中进一步降低:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图片来自https://blog.golang.org/ismmkeynote

Go 1.7 – 2016.8

这个版本发布了 context包 。该包用于处理timeout和取消任务。

更多关于context包的信息,可参考文章: 《Context and Cancellation by Propagation》

编译器工具链的性能得到了较大幅度优化,编译速度更快,二进制文件size更小,有些时候幅度可达20~30%。

Go 1.8 – 2017.2

垃圾回收器的延迟在该版本中进一步改善,延迟时间已经全面降到毫秒级别以下:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图片来自https://blog.golang.org/ismmkeynote

对延迟的优化还将继续。接下来版本的目标是将延迟降到100微秒左右。

这个版本还大幅提升了defer的性能:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图片来自 https://medium.com/@blanchon.vincent/go-how-does-defer-statement-work-1a9492689b6e

更多关于defer的信息,可以参考文章 How Does Defer statement Work?

Go 1.9 – 2017.8

该版本引入了alias语法。

type byte = uint8

这里byte是unit8的一个alias。

sync包增加了Map类型,该类型支持并发访问(原生map类型不支持)。

关于map的更多信息,参考文章 “Concurrency Access with Maps”

Go 1.10 – 2018.2

在该版本中,test包引入了一个新的缓存机制,所有通过测试的结果都将被缓存下来。当test没有变化时,重复执行test会节省大量运行test的时间。

first run:
ok      /go/src/retro 0.027s
second run:
ok      /go/src/retro (cached)

go build命令也维护了一个已构建的包的缓存以加速构建性能。

该版本中垃圾回收器并没有显著性能提升。但是Go team为垃圾回收定义了一个新的SLO(Service-Level Objective):

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图片来自https://blog.golang.org/ismmkeynote

Go 1.11 – 2018.8

Go 1.11引入了一个重要的新功能:Go modules。Go module的引入是为了应对过去几年官方调查问卷结果中Go社区反馈的几个主要挑战:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图片来自 https://blog.golang.org/survey2018-results

另外一个重要功能是一个试验功能:支持 WebAssembly 。允许开发人员将Go源码编译成一个兼容四个主流浏览器的二进制格式文件。

Go 1.12 – 2019.2

该版本中,go vet基于analysis包进行了重写,使得go vet更为灵活并支持Go开发人员编写自己的checker。

更多关于analyzer的信息可以参考文章 《How to Build Your Own Analyzer》

Go 1.13 – 2019.8

在该版本中,sync.Pool得到了改善:当垃圾回收时,pool中对象不会被完全清理掉。它引入了一个cache,用于在两次GC之前清理pool中未使用的对象实例。

逃逸分析(escape analysis)被重新实现了,在该版本中,Go得意更少地在堆上分配内存了。下面是新旧逃逸分析的基准测试对比:

Go语言回顾:从Go 1.0到Go 1.13 图片来自 https://github.com/golang/go/issues/23109

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