ออกแบบ Go struct ด้วยความรู้วิชา Computer Architecture และ Data Structure

ตอนสมัยเรียนวิศวคอมพิวเตอร์มีคำถามนึงโผล่มาเสมอว่าวิชาอย่าง Computer Architecture กับ Data Structure เรียนไปทำไมกันนะ จนกระทั้งจบออกมาได้เขียนภาษา Go ถึงได้เอะใจว่า ทำไม Go ถึงได้มี data type แบบกำหนดขนาด เช่น int8 int16 int32 int64 และอื่น ๆ ทำไมถึงไม่เป็น int หรือ number เฉย ๆ ไปเลยแบบภาษาขี้เกียจอย่าง TypeScript กันนะ จนได้มานั่งอ่านเกี่ยวกับ sizes in Go ถึงได้รู้ว่าเราสามารถใช้ความรู้ในวิชา Computer Architecture และ Data Structure มาช่วยให้เราเขียน Go ออกมาได้ประสิทธิภาพอย่างที่ควรจะเป็น

ทบทวนความรู้ System Architecture

Word size

word size คือ ปริมาณของข้อมูลที่ registers ของ CPU สามารถเก็บและนำมาประมวลผลได้ในหนึ่งรอบซึ่งจะต่างกันตามแต่สถาปัตยกรรมของ CPU

• 32 bit มี word size ที่ 4 bytes
• 64 bit มี word size ที่ 8 bytes

Memory allocation

Memory allocation คือ การจองพื้นที่ในหน่วยความจำนั่นเอง ซึ่งจะเป็นการจองพื้นที่ใช้งานจริง + พื้นที่ส่วนเพิ่มเพื่อให้เต็ม word size

Sizes ของ Data Type ใน Go

ใน Go แต่ละ data type จะมีขนาดที่ใช้หน่วยความจำแตกต่างกัน sizes in Go ซึ่งเราสามารถดูได้จาก unsafe.Sizeof()

Go struct

Go struct คือการสร้าง structure ของ data ใน Go เช่น

type Customer struct {
	Id         uint64 // 8 bytes
	FaceId     uint32 // 4 bytes
	Name       string // 16 bytes
	Age        uint8  // 1 byte
	Address    string // 16 bytes
	PhoneId    uint16 // 2 bytes
	PassportId string // 16 bytes
	IsActive   bool   // 1 byte
}

จาก type ใน struct ทั้งหมดก็ 64 bytes แล้วเรามาดูขนาดของของหน่วยความจำทั้ง struct กันว่าเป็นเท่าไหร่

cusA = Customer{}
fmt.Printf("custA size: %d bytes\n", unsafe.Sizeof(custA))

ผลคือ 88 bytes ว้อททท เกิดอะไรขึ้นมาดูกัน

optimized

จะเห็นว่ามีช่อง padding ของในแต่ละ word ทีนี้เราก็สามารถ optimize ได้แบบนี้

type CustomerOptimized struct {
	Id         uint64 // 8 bytes
	Name       string // 16 bytes
	Address    string // 16 bytes
	PassportId string // 16 bytes
	FaceId     uint32 // 4 bytes
	PhoneId    uint16 // 2 bytes
	Age        uint8  // 1 byte
	IsActive   bool   // 1 byte
}

custA := Customer{}
fmt.Printf("custA size: %d bytes\n", unsafe.Sizeof(custA))

custB := CustomerOptimized{}
fmt.Printf("custB size: %d bytes\n", unsafe.Sizeof(custB))

มาดูผลงานกันระหว่างก่อนและหลังกันนน

เรียบร้อยโรงเรียน KKU ได้ 64 bytes แล้ว ซึ่งหน้าตาใน memory ก็จะประมาณนี้

ประหยัดกันไป 3 words กันเลยทีเดียว

benchmark

แล้วมาดูกันว่ามันจะแตกต่างกันขนาดไหน

fieldalignment

แล้วงี้เราก็ต้องมานั่งเรียง struct ของเราเองเลยหรอ คำตอบคือใช่ แต่เรามี tools อำนวยความสะดวกไว้ให้เราใช้แล้วก็คือ govet/fieldalignment นั่นเอง ซึ่งวิธีใช้งานก็

go install golang.org/x/tools/go/analysis/passes/fieldalignment/cmd/fieldalignment@latest

fieldalignment -fix ./...

สุดท้ายนี้ก็อย่าลืมจัดเรียง Go struct และใช้ data type เท่าที่จำเป็นเสมอนะครับ (จะใช้วิธีเพิ่ม fieldalignment ใน precommit script ก็สะดวกนะเอ้อ)