深入解析Go语言中for与range的性能差异-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/gitblog_00808/article/details/148552317

深入解析Go语言中for与range的性能差异

high-performance-go high performance coding with golang（Go 语言高性能编程，Go 语言陷阱，Gotchas，Traps）项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/hi/high-performance-go

前言

在Go语言高性能编程中，理解基本控制结构的性能特性至关重要。本文将深入探讨for循环和range在遍历不同类型数据结构时的性能表现差异，帮助开发者编写更高效的Go代码。

range基础用法回顾

range是Go语言中用于遍历集合类型数据的简洁语法，支持以下几种数据结构：

数组和切片遍历

words := []string{"Go", "语言", "高性能", "编程"}
for i, s := range words {
    fmt.Println(i, s)
}

关键特性：

循环开始前仅计算一次words长度
循环内修改切片长度不影响当前循环次数
支持只遍历索引的简化写法

字典遍历

m := map[string]int{"one":1, "two":2}
for k, v := range m {
    fmt.Println(k, v)
}

关键特性：

迭代顺序不确定
迭代过程中可安全删除键值对
新增键值对可能被迭代到

信道遍历

ch := make(chan string)
// 发送数据到信道...
for n := range ch {
    fmt.Println(n)
}

关键特性：

持续从信道接收值直到信道关闭
对nil信道的遍历会永久阻塞

性能对比测试

基本类型切片测试

我们首先测试[]int类型的遍历性能：

func BenchmarkForIntSlice(b *testing.B) {
    nums := generateIntSlice(1<<20) // 生成100万个随机整数
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        var tmp int
        for k := 0; k < len(nums); k++ {
            tmp = nums[k]
        }
        _ = tmp
    }
}

func BenchmarkRangeIntSlice(b *testing.B) {
    nums := generateIntSlice(1<<20)
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        var tmp int
        for _, num := range nums {
            tmp = num
        }
        _ = tmp
    }
}

测试结果：

for循环：约324,512 ns/op
range循环：约322,744 ns/op

对于基本类型切片，两者性能几乎无差异。

结构体切片测试

接下来测试包含大内存结构体的切片：

type LargeItem struct {
    id  int
    val [4096]byte // 每个结构体4KB
}

func BenchmarkForStruct(b *testing.B) {
    var items [1024]LargeItem
    // ...测试代码类似上面...
}

func BenchmarkRangeStruct(b *testing.B) {
    var items [1024]LargeItem
    // ...测试代码...
}

测试结果：

for循环：约324 ns/op
range循环：约467,411 ns/op

此时for循环性能是range的约2000倍！

指针类型切片测试

最后测试结构体指针切片：

func BenchmarkRangePointer(b *testing.B) {
    items := make([]*LargeItem, 1024)
    // ...初始化指针切片...
    for _, item := range items {
        tmp = item.id
    }
}

测试结果：

for循环：约4,160 ns/op
range循环：约4,194 ns/op

使用指针后两者性能再次接近。

性能差异原理分析

造成上述性能差异的关键原因在于：

range的实现机制：range在迭代过程中会对每个元素创建拷贝
拷贝成本差异：
- 基本类型(int等)拷贝成本极低
- 大结构体拷贝成本高(每次迭代拷贝4KB)
- 指针类型拷贝成本低(仅拷贝指针)

验证拷贝行为的示例：

type person struct{ age int }
people := []person{{30}, {40}}

// range修改无效(操作的是拷贝)
for _, p := range people {
    p.age += 10 
}

// for修改有效
for i := range people {
    people[i].age += 10 
}