Go1.19 那些事:国产芯片、内存模型等新特性,你知道多少?

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大家好,我是煎鱼。

感觉时间过得很快,Go1.18 发布没太久,泛型还在风风火火,看了看上次的投票结果,绝大部分同学还没有在生产环境应用泛型。

这不,Go1.19 Beta1 已经正式发布了。今天就由煎鱼和大家围观《 Go 1.19 Release Notes [1] 》中一些有意思的特性。

内存模型

Go 的内存模型已被修订,以使 Go 与 C、C++、Java、JavaScript、Rust 和 Swift 使用的内存模型保持一致。Go 只提供顺序一致的原子学,而不是其他语言中的任何更宽松的形式。

另外随着内存模型的更新,Go1.19 在 sync/atomic 包中引入了新的类型,使之更容易使用原子值,如 atomic.Int64 和 atomic.Pointer[T]。

文档做了以下具体的修改:

  • 记录 Go 的整体内存模型描述。

  • 记录 multiword 竞态会导致崩溃的情况。

  • 记录 runtime.SetFinalizer 的 happens-before。

  • 记录(或链接)更多同步类型的发生前。

  • 记录同步/原子的发生时间,匹配 C++ 的顺序一致的原子(以及Java、JavaScript、Rust、Swift、C...)。

  • 记录不允许的编译器优化。

这个只是 “修订”,是改了文档和定义,并不涉及内存模型的代码变更。

为此 Russ Cox 写了 Go Memory Model 的三篇文章作为系列说明:

  • Hardware Memory Models [2]

  • Programming Language Memory Models [3]

  • Updating the Go Memory Model [4]

有兴趣的同学可以阅读。

文档规范

Russ Cox 在提案《 Proposal: go/doc: headings, lists, and links in Go doc comments [5] 》中,增加了对文档注释中的链接、列表和更清晰的标题的支持。

Go 1.19 文档已经发生了变化。如下:

旧(左)与新(右)的对比图。

手动贴链接变可跳转:

手动分行变成无序列表区分:

这算是 Go 文档从远古时代到新 Markdown 的一个大升级了。

构建约束

从 Go1.19 起,构建约束 unix 现在可以在 //go:build 行中被识别,能够起到配套的约束作用。

如下格式:

//go:build unix

需要注意的是,在 1.19 版本中,如果 GOOS 是 aix、android、darwin、dragonfly、freebsd、hurd、illumos、ios、linux、netbsd、openbsd 或 solaris 中的一种,也是满足 unix 约束的。

龙芯架构

龙芯(Loongson)是由中国科学院计算技术研究所、龙芯中科、神州龙芯等机构、公司所设计的一系列各种芯片(包括通用中央处理器、SoC、微控制器、芯片组等)。

在 Go 1.19 起增加了对 Linux 上 Loongson 64 位架构的支持(GOOS=linux,GOARCH=loong64)。

前段时间还看到龙芯中科,在科创板上市,成国产 CPU 第一股。 国产芯片走进 Go 语言,应该也是国人推进的,太强了!

竞态检测

Go 的竞态资源检测(race detector)已经发布到 v3 版本了,将会跟随 Go1.19 一起上线到生产可用。

与 v2 版相比,新版本的 race detector 在性能上快 1.5 倍到 2 倍,使用一半的内存,并且支持无限数量的 goroutine。

注:windows/amd64 和 openbsd/amd64 暂未支持。

Switch 性能提高

Go 编译器现在使用 jump table [6] 来实现大型整数和字符串类型的 swicth 语句。switch 语句的性能改进各不相同,但可以快 20% 左右。

注:本次仅涉及 GOARCH=amd64GOARCH=arm64 的变更。

运行时

堆内存限制

新版本的 Go 增加了 runtime.SetMemoryLimit 函数和 GOMEMLIMIT 环境变量。

关注到 runtime.SetMemoryLimit 函数为运行时提供了一个内存的软限制。

函数签名为:

func SetMemoryLimit(limit int64) int64

有了这个内存的软限制后,Go 运行时将会遵守这个内存限制,行为包括:调整垃圾回收的频率、更积极地将内存返回到底层系统等,来维持这个软内存的限制。

另外即使 GOGC=off(或者是执行了 SetGCPercent(-1) 函数),也会遵守软内存的限制。

有了内存软限制,一般场景下,可以有效的防止由于堆内存分配过多,导致 Go 进程超出系统内存资源的最大被 KILL 的场景。

一个漏网之鱼,是限制不了的。那就是它不包括:Go 二进制使用的空间和 Go 外部的内存,例如:由底层系统代表进程管理的内存,或由同一进程中的非 Go 代码管理的内存(CGO)。

Goroutine 堆栈

新版本中 Go 运行时将 根据 goroutine 的历史平均堆栈使用率来分配初始 goroutine 堆栈 (大雾,太坏了,Go 面试题的题目答案又要改了...)。

可以有效避免一些不必要的堆栈增长和复制,在低于平均水平的情况下,能节省最多 2 倍的空间浪费。

这是一个比较细致的优化点了。

泛型改进

Go1.19 还在不断地完善泛型的路上,这次变更来自规范《 spec: adjust scope of type parameters declared by method receivers [7] 》,涉及到的是对方法声明中类型参数的范围做了一个非常小的修正。

原有描述:

The scope of an identifier denoting a type parameter of a function or declared by a method receiver is the function body and all parameter lists of the function.

修订描述:

The scope of an identifier denoting a type parameter of a function or declared by a method receiver starts after the function name and ends at the end of the function body.

在 Go1.18 时,以下泛型代码会提示错误:

type T[T any] struct {}

func (T[T]) m() {} // error: T is not a generic type

在新版本(1.19 起)将会正确支持,不会发生编译错误。

其他的泛型进度来讲,还是在修修补补:

有待继续观察。

总结

在本次 Go1.19 的新版本更新中,新特性是比较少的。其中主要的原因还是泛型的各项工作给 Go 团队带来了不少的工作量。

今年也陆续有个别大佬离开,所以整体可用于其他新特性的时间就比较少了。

这个版本可以认为是小版本,填了一些小 “坑” 了,国内个别面试题的答案也会因此有所改变了。

参考资料

[1]

Go 1.19 Release Notes: https://tip.golang.org/doc/go1.19

[2]

Hardware Memory Models: https://research.swtch.com/hwmm

[3]

Programming Language Memory Models: https://research.swtch.com/plmm

[4]

Updating the Go Memory Model: https://research.swtch.com/gomm

[5]

Proposal: go/doc: headings, lists, and links in Go doc comments: https://github.com/golang/proposal/blob/master/design/51082-godocfmt.md

[6]

jump table: https://en.wikipedia.org/wiki/Branch_table

[7]

spec: adjust scope of type parameters declared by method receivers: https://github.com/golang/go/issues/52038

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