wudaijun's blog

Done is better than perfect

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之前我在编程范式游记中介绍了OOP中的子类化(subtype，也叫子类型多态subtype polymorphism)和泛型(generics，也叫参数多态parametric polymorphism)，关于两者的区别和比较可以参考那篇文章，在其中我吐槽了Go目前对泛型支持的匮乏，随着Go 2提上日程，Go2泛型的设计细节也越来越清晰，我们从最新的Go泛型草案来了解下Go2泛型设计上有哪些考量和取舍。

1. 最简原型

先从最简单的泛型定义开始:

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// Define
func Print[T] (s []T) {
	for _, v := range s {
		fmt.Println(v)
	}
}
// Call
Print[int]([]int{1, 2, 3})

语法上和其它语言泛型大同小异，泛型的本质是将类型参数化，Go2中用函数名后的[]定义类型参数。以上声明对C++开发者来说非常亲切的(只是换了一种语法形式)，实际上这在Go2中是错误的泛型函数声明，因为它没有指明类型参数约束(constraints)。

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在之前的博客中几次简单提及过给GS做测试，关于测试的必要性不用再多说，但在实际实践过程中，却往往会因为如下原因导致想要推进测试规范困难重重:

-. Q1: 写测试代码困难: 代码耦合重，各种相互依赖，全局依赖，导致写测试代码”牵一发而动全身”，举步维艰
-. Q2: 测试时效性低: 需求变更快，数值变更频繁，可能导致今天写好的测试代码，明天就”过时”了
-. Q3: 开发进度紧: 不想浪费过多时间来写测试代码，直接开发感觉开发效率更高

要想推进测试规范，上面的三个问题是必须解决的。这里简单聊聊我们在Golang游戏后端中的测试实践和解决方案。我们在GS中尝试的测试方案主要分为四种: 单元测试，集成测试，压力测试，以及模拟测试。

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用XMind Zen 2020画了一张思维导图玩，主要是关于编程语言学习的，XMind导出的Markdown不包含链接，不知道是不是试用版的原因，由于对应链接在博客里面都找得到。就没有再做一份Markdown了。

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之前被同事安利了很多次Rust，周末没事去Rust官方文档学习了下，记录一些对Rust语言粗浅理解。

一. 所有权系统

要说Rust最有别于其它语言的特性，应该就是它的所有权系统了。要谈所有权系统，从GC谈起是个不错的切入点，我们众所周知的程序语言GC只要包含两种: 手动GC和自动GC，它们各有利弊，总的来说是运行时效率和开发效率之前的权衡取舍，由于现代硬件设施发展速度很快，运行时效率越来越不是问题，因此自动GC逐渐成为新语言的标配。而Rust的GC，按照我的理解，可以将其看做半自动GC，即开发者在代码中通过所有权约束来明确变量的生命周期，这样Rust在编译器就已经知道内存应该何时释放，也就不需要运行时通过复杂的GC算法去解析变量的引用关系，对运行时几乎零负担，这也是Rust敢号称系统级编程语言，运行时效率叫板C/C++的底气来源。

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一. Go GC 要点

先来回顾一下GC的几个重要的阶段:

Mark Prepare - STW

做标记阶段的准备工作，需要停止所有正在运行的goroutine(即STW)，标记根对象，启用内存屏障，内存屏障有点像内存读写钩子，它用于在后续并发标记的过程中，维护三色标记的完备性(三色不变性)，这个过程通常很快，大概在10-30微秒。

Marking - Concurrent

标记阶段会将大概25%(gcBackgroundUtilization)的P用于标记对象，逐个扫描所有G的堆栈，执行三色标记，在这个过程中，所有新分配的对象都是黑色，被扫描的G会被暂停，扫描完成后恢复，这部分工作叫后台标记(gcBgMarkWorker)。这会降低系统大概25%的吞吐量，比如MAXPROCS=6，那么GC P期望使用率为6*0.25=1.5，这150%P会通过专职(Dedicated)/兼职(Fractional)/懒散(Idle)三种工作模式的Worker共同来完成。

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最近做的优化比较多，整理下和Go内存相关的一些东西。

一. 不要过早优化

虽是老生常谈，但确实需要在做性能优化的时候铭记在心，说说我的理解:

  1. first make it work, then measure, then optimize
  2. 二八原则
  3. 需求变更快
  4. 对性能的主观直觉不靠谱
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简单谈谈我们最近是如何给GS做压测的。

1. 压测机器人

压测机器人需要满足如下几个条件:

  1. 异步请求: 异步才能模拟真实的客户端请求和压力
  2. 数据同步: 像客户端一样缓存和处理服务器响应数据，这样才能做好有效请求和可重入
  3. 可重入: 机器人应该可以在任何时候关闭/重启，而不应该假设初始状态(比如只有注册的时候能跑)
  4. 随机性: 机器人行为尽可能随机分布，并且每次重启重新初始化随机种子
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这段时间学习OOP对语言和编程范式有一些新的理解，之前系统整理过函数式编程，因此先从OOP谈起。我们先回顾下面向对象(OOP)的核心思想:

  1. 将数据及其相关操作(方法)封装起来，以对象的方式暴露出来，对象与对象之间通过方法调用(或者说是发消息)进行通信。
  2. 对象可以有自己的私有字段，只有对象的方法可以访问这些字段。
  3. 每个对象都是一个类(Class)的实例，类定义了对象的行为(内部数据和方法实现)。

与函数式的”一切皆函数”一样，OOP也有一个宏大的目标”一切皆对象”。

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本文主要谈谈CPU Cache的设计，内存屏障的原理和用法，最后简单聊聊内存一致性。

我们都知道存储器是分层级的，从CPU寄存器到硬盘，越靠近CPU的存储器越小越快，离CPU越远的存储器越大但越慢，即所谓存储器层级(Memory Hierarchy)。以下是计算机内各种存储器的容量和访问速度的典型值。

存储器类型 容量 特性 速度
CPU寄存器 几十到几百Bytes 数据电路触发器，断电丢失数据 一纳秒甚至更低
Cache 分不同层级，几十KB到几MB SRAM，断电丢失数据 几纳秒到几十纳秒
内存 几百M到几十G DRAM，断电丢失数据 几百纳秒
固态硬盘(SDD) 几十到几百G SSD，断电不丢失数据 几十微秒
机械硬盘(HDD) 上百G 磁性介质和磁头，断电不丢失数据 几毫秒

从广义的概念上来说，所有的存储器都是其下一级存储器的Cache，CPU Cache缓存的是内存数据，内存缓存的是硬盘数据，而硬盘缓存的则是网络中的数据。本文只谈CPU Cache，一个简单的CPU Cache示意图如下:

图中忽略了一些细节，现代的CPU Cache通常分为三层，分别叫L1,L2,L3 Cache, 其中L1,L2 Cache为每个CPU核特有，L3为所有CPU核共有，L1还分为缓存指令的i-cache(只读)和缓存程序数据的d-cache，L2 L3 Cache则不区分指令和程序数据，称为统一缓存(unified cache)。本文主要讨论缓存命中和缓存一致性的问题，因此我们只关注L1 Cache，不区分指令缓存和程序数据缓存。

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Perf(Performance Event)是Linux 2.6.31后内置的性能分析工具，它相较其它Prof工具最大的优势在于与Linux Kernel紧密结合，可以进行内核甚至硬件级的性能分析。我之前只零散地用一些ptrace,strace之类的小工具，与Perf比起来，确实小巫见大巫。也赶紧花了点时间简单了解和试用一下，添加到工具箱，以备不时之需。

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