Golang 性能基准测试（benchmark）详解

Golang性能基准测试可以帮助开发人员比较不同的实现方式对性能的影响，以便优化程序，本文就来讲解一下如何使用Golang的性能基准测试功能。

Golang 性能基准测试

Golang 中的性能基准测试是使用标准库 testing 来实现的，编写性能测试代码是很容易的：

1. 创建性能测试文件：在 Go 项目的源代码目录下创建一个新的文件（和被测代码文件在同一个包），以 _test.go 为后缀名。例如，要测试net包中 dial.go 中的方法，在 net 包中创建一个名字为 dial_test.go 文件，和单元测试文件是一样的。
2. 导入 testing 包：在测试文件中导入testing包，以使用相关的的函数和工具。
3. 编写测试函数：在测试文件中，编写一个以 Benchmark 为前缀的函数，后面跟上一个或多个字符或字符组合来标识测试用例的名称（一般使用被测的函数名称），参数必须是 b *testing.B。
4. 编写测试代码：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代码来评估性能。b.N 的值会以1, 2, 5, 10, 20, 50, …这样的规律递增下去直到运行时间大于1秒钟，由于程序判断运行时间稳定才会停止运行，所以千万不要在loop循环里面使用一个变化的值作为函数的参数。

以 json 格式校验工具
https://github.com/luduoxin/json-validator-go 为例，validator包中的 scanner.go 文件中的关键函数 Valid 用于校验给定字符串是否 json 格式，对应的性能测试文件为 scanner_test.go，里面的测试函数为 BenchmarkValid，代码如下：

package validator

import "testing"

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

运行性能测试用例

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

-bench regexp 性能测试，运行指定的测试函

-bench . 运行所有的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

-timeout t 测试时间如果超过 t 则panic，默认10分钟

-v 显示测试的详细信息

启动命令行，切换到 json-validator-go 项目的 validator 文件夹下，运行全部性能测试用例：

$ 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

上面输出的报告的倒数第三行信息的内容含义如下：

BenchmarkValid 是性能测试函数名称，-8 表示 GOMAXPROCS 的值为8，13562608 表示一共执行了13562608次，即b.N的值，86.55 ns/op 表示平均每次操作花费了 86.55 纳秒。

在一个测试方法里面也可以跑多个用例，使用更多的类型的数据分别看下对应的性能，代码如下：

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))
			}
		})
	}
}

运行看下效果：

$ 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