fasthttp运用哪些优化技巧？

fasthttp刚出道的时候号称比net/http快十倍，更少的内存分配。并同时在github上给出一些go开发上的小技巧。

本文主要通过源码来窥探下fasthttp里是如何使用这些技巧的。

减少[]byte的分配，尽量去复用它们

两种方式进行复用：

1. sync.Pool
2. slice = slice[:0]。所有的类型的Reset方法，均使用此方式。例如类型URI、Args、ByteBuffer、Cookie、RequestHeader、ResponseHeader等。

fasthttp里共有35个地方使用了sync.Pool。sync.Pool除了降低GC的压力，还能复用对象，减少内存分配。

// 例如类型Server
type Server struct {
 // ...
 ctxPool sync.Pool // 存RequestCtx对象
 readerPool sync.Pool // 存bufio对象，用于读HTTP Request
 writerPool sync.Pool // 存bufio对象，用于写HTTP Request
 hijackConnPool sync.Pool
 bytePool sync.Pool
}
// 例如cookies
var cookiePool = &sync.Pool{
 New: func() interface{} {
 return &Cookie{}
 },
}
func AcquireCookie() *Cookie {
 return cookiePool.Get().(*Cookie)
}
func ReleaseCookie(c *Cookie) {
 c.Reset()
 cookiePool.Put(c)
}
// 例如workPool. 每个请求以一个新的goroutine运行。就是workpool做的调度
type workerPool struct {
 // ...
 workerChanPool sync.Pool
}
func (wp *workerPool) getCh() *workerChan {
 var ch *workerChan
 // ...
 if ch == nil {
 if !createWorker {
 // 已经达到worker数量上限，不允许创建了
 return nil
 }
 // 尝试复用旧worker
 vch := wp.workerChanPool.Get()
 if vch == nil {
 vch = &workerChan{
 ch: make(chan net.Conn, workerChanCap),
 }
 }
 ch = vch.(*workerChan)
 // 创建新的goroutine处理请求
 go func() {
 wp.workerFunc(ch)
 // 用完了返回去
 wp.workerChanPool.Put(vch)
 }()
 }
 return ch
}

还有复用已经分配的[]byte。

s = s[:0]和s = append(s[:0], b…)这两种复用方式，总共出现了191次。

// 清空 URI
func (u *URI) Reset() {
 u.pathOriginal = u.pathOriginal[:0]
 u.scheme = u.scheme[:0]
 u.path = u.path[:0]
 // ....
}
// 清空 ResponseHeader
func (h *ResponseHeader) resetSkipNormalize() {
 // ...
 h.contentLengthBytes = h.contentLengthBytes[:0]
 h.contentType = h.contentType[:0]
 h.server = h.server[:0]
 h.h = h.h[:0]
 h.cookies = h.cookies[:0]
}
// 清空Cookies
func (c *Cookie) Reset() {
 c.key = c.key[:0]
 c.value = c.value[:0]
 // ...
 c.domain = c.domain[:0]
 c.path = c.path[:0]
 // ...
}
func (c *Cookie) SetKey(key string) {
 c.key = append(c.key[:0], key...)
}

方法参数尽量用[]byte. 纯写场景可避免用bytes.Buffer

方法参数使用[]byte，这样做避免了[]byte到string转换时带来的内存分配和拷贝。毕竟本来从net.Conn读出来的数据也是[]byte类型。

某些地方确实想传string类型参数，fasthttp也提供XXString()方法。

String方法背后是利用了a = append(a, string…)。这样做不会造成string到[]byte的转换(该结论通过查看汇编得到，汇编里并没用到runtime.stringtoslicebyte方法)

// 例如写Response时，提供专门的String方法
func (resp *Response) SetBodyString(body string) {
 // ...
 bodyBuf.WriteString(body)
}

上面的bodyBuf变量类型为ByteBuffer，来源于作者另外写的一个库，bytebufferpool(
https://github.com/valyala/bytebufferpool)。

正如介绍一样，库的主要目标是反对多余的内存分配行为。与标准库的bytes.Buffer类型对比，性能高30%。

但ByteBuffer只提供了write类操作。适合高频写场景。

先看下标准库bytes.Buffer是如何增长底层slice的。重点是bytes.Buffer没有内存复用。

// 增长slice时，都会调用grow方法
func (b *Buffer) grow(n int) int {
 // ...
 if m+n <= cap(b.buf)/2 {
 copy(b.buf[:], b.buf[b.off:])
 } else {
 // 通过makeSlice获取新的slice
 buf := makeSlice(2*cap(b.buf) + n)
 // 而且还要拷贝
 copy(buf, b.buf[b.off:])
 b.buf = buf
 }
 // ...
}
func makeSlice(n int) []byte {
 // maekSlice 是直接分配出新的slice，没有复用的意思
 return make([]byte, n)
}

再看ByteBuffer的做法。重点是复用内存。

// 通过复用减少内存分配，下次复用
func (b *ByteBuffer) Reset() {
 b.B = b.B[:0]
}
// 提供专门String方法，通过append避免string到[]byte转换带来的内存分配和拷贝
func (b *ByteBuffer) WriteString(s string) (int, error) {
 b.B = append(b.B, s...)
 return len(s), nil
}
// 如果写buffer的内容很大呢？增长的事情交给append
// 但因为Reset()做了复用，所以cap足够情况下，append速度会很快
func (b *ByteBuffer) Write(p []byte) (int, error) {
 b.B = append(b.B, p...)
 return len(p), nil
}

Request和Response都是用ByteBuffer存body的。清空body是把ByteBuffer交还给pool，方便复用。

var (
 requestBodyPool bytebufferpool.Pool
 // responseBodyPool和requestBodyPool一样，就不贴代码了
 responseBodyPool bytebufferpool.Pool
)
func (req *Request) ResetBody() {
 // ...
 if req.body != nil {
 if req.keepBodyBuffer {
 req.body.Reset()
 } else {
 // 交还给pool
 requestBodyPool.Put(req.body)
 req.body = nil
 }
 }
}
 

不放过能复用内存的地方

有些地方需要kv型数据，一般使用map[string]string。但map不利于复用。所以fasthttp使用slice来实现了map

缺点是查询时间复杂度O(n)。

可key数量不多时，slice的方式能够很好地减少内存分配，尤其在大并发场景下。

type argsKV struct {
 key []byte
 value []byte
 noValue bool
}
// 增加新的kv
func appendArg(args []argsKV, key, value string, noValue bool) []argsKV {
 var kv *argsKV
 args, kv = allocArg(args)
 // 复用原来key的内存空间
 kv.key = append(kv.key[:0], key...)
 if noValue {
 kv.value = kv.value[:0]
 } else {
 // 复用原来value的内存空间
 kv.value = append(kv.value[:0], value...)
 }
 kv.noValue = noValue
 return args
}
func allocArg(h []argsKV) ([]argsKV, *argsKV) {
 n := len(h)
 if cap(h) > n {
 // 复用底层数组空间，不用分配
 h = h[:n+1]
 } else {
 // 空间不足再分配
 h = append(h, argsKV{})
 }
 return h, &h[n]
}

避免string与[]byte转换开销

这两种类型转换是带内存分配与拷贝开销的，但有一种办法(trick)能够避免开销。利用了string和slice在runtime里结构只差一个Cap字段实现的。

type StringHeader struct {
 Data uintptr
 Len int
}
type SliceHeader struct {
 Data uintptr
 Len int
 Cap int
}
// []byte -> string
func b2s(b []byte) string {
 return *(*string)(unsafe.Pointer(&b))
}
// string -> []byte
func s2b(s string) []byte {
 sh := (*reflect.StringHeader)(unsafe.Pointer(&s))
 bh := reflect.SliceHeader{
 Data: sh.Data,
 Len: sh.Len,
 Cap: sh.Len,
 }
 return *(*[]byte)(unsafe.Pointer(&bh))
}

注意这种做法带来的问题：

1. 转换出来的[]byte不能有修改操作
2. 依赖了XXHeader结构，runtime更改结构会受到影响
3. 如果unsafe.Pointer作用被更改，也受到影响

最后总结下来

1. fasthttp避免绝大部分多余的内存分配行为，能复用绝不分配。
2. 善用sync.Pool。
3. 尽量避免[]byte与string之间转换带来的开销。
4. 巧用[]byte相关的特性。