初探Golang内联

开篇

今天我们来聊聊 Golang 中的内联。

我们知道，函数调用本身是存在成本的。如果把一个实际调用的函数产生的指令，直接插入到的位置，来替换对应的函数调用指令。就可以消除掉这部分性能损耗。但同时也要注意，我们需要维护各个模块的可读性，需要保证高内聚，低耦合，不可能把所有逻辑合到一个函数，这样可读性大大降低。

那么，既然在代码层面做不太好，还有没有别的招呢？

内联就是来做这件事的。下面我们一起来看一下。

内联

所谓内联，指的是编译期间，直接将调用函数的地方替换为函数的实现，它可以减少函数调用的开销以提高程序的性能。内联函数是直接复制“镶嵌”到主函数中去的，就是将内联函数的代码直接放在内联函数的位置上，

这与一般函数不同，主函数在调用一般函数的时候，是指令跳转到被调用函数的入口地址，执行完被调用函数后，指令再跳转回主函数上继续执行后面的代码；而由于内联函数是将函数的代码直接放在了函数的位置上，所以没有指令跳转，指令按顺序执行。Go程序编译时，默认将进行内联优化。

当然，内联也并不是没有代价，这本质是一种以空间换时间的优化方法，其带来的优点是使CPU需要执行的指令数变少了，不需要根据地址跳转的过程了，不用压栈和出栈的过程了，我们把可以复用的程序指令在调用它的地方完全展开了。如果一个函数在很多地方都被调用了，那么就会展开很多次，整个程序占用的空间就会变大了。

需要注意，内联也是有门槛的，并不是随便一个函数调用都可以原地替换。Golang 编译器内部会有一套自己的判断规则，判断一次函数调用能否被内联，后面的章节我们会提到。这也是为什么我们会说：

Inlining is the act of combining smaller functions into their respective callers.

这个 small 的程度很关键。

简单小结一下，内联带来的好处有两个：

解除函数调用的开销，以空间换时间；

支持编译器更有效地应用其他优化策略。

函数调用开销

一个goroutine会有一个单独的栈，栈又会包含多个栈帧，栈帧是函数调用时在栈上为函数所分配的区域。函数调用存在一些固定开销：

创建栈帧；

读写寄存器；

栈溢出检测。

内联什么时候最有效

函数执行的开销 vs 函数调用的开销。这两个开销的比值会很大程度上决定【内联】的效果。

内联其实就是把函数调用这份固定开销给消除了，所以尤其对于函数体极其简单的函数有效果。如果你的函数执行了一系列复杂逻辑，开销远超【函数调用】本身，这里的优化就微不足道了。

内联虽然可以减少函数调用的开销，但是也可能因为存在重复代码，从而导致 CPU 缓存命中率降低，所以并不能盲目追求过度的内联，需要结合 profile 结果来具体分析。

Golang 编译器对内联的要求

参考官方 wiki：github.com/golang/go/w…[1]

想要内联，方法本身必须满足以下条件：

函数足够简单，当解析AST时，Go申请了80个节点作为内联的预算。每个节点都会消耗一个预算。函数的开销不能超过这个预算；

不能包含闭包，defer，recover，select；

不能以 go:noinline 或 go:unitptrescapes 开头；

必须有函数体；

其他等复杂要求，详细可见src/cmd/compile/internal/gc/inl.go相关内容。我们可以使用 gcflags 参数来判断能不能内联。

内联的实现原理建议大家看看这篇文章：gocompiler.shizhz.me/8.-golang-b…[2]

如何禁止内联

单个函数级别：在函数定义前一行添加//go:noinline；

全局编译级别：可通过-gcflags="-l"选项全局禁用内联，与一个-l禁用内联相反，如果传递两个或两个以上的-l则会打开内联，并启用更激进的内联策略。

gcflags

go build 时可以使用 -gcflags 指定编译选项，-gcflags 参数的格式是：

 

-gcflags="pattern=arg list"

 

pattern 是选择包的模式，arg list 是空格分割的编译选项，如果编译选项中含有空格，可以使用引号包起来。

如：-gcflags="all=-N -l" 代表的是表示主模块和它所有的依赖都禁用【编译器优化】和【内联】。更多编译选项参照 go tool compile --help

Use -gcflags -m to observe the result of escape analysis and inlining decisions for the gc toolchain.

使用 go build 编译时，我们可以使用参数-gflags="-m"运行，可显示被内联的函数，使用运行参数-gflags="-m -m"可以看到原因。类似：

 

./main.go:14:6: cannot inline xxx: unhandled op XXX

/ins.go:9:6: cannot inline xxx: function too complex: cost 104 exceeds budget 80 

 

我们可以用下面的命令分析变量是否逃逸：

 

go run -gcflags '-m -l' main.go

 

-m 其实是打印优化策略的语义，实际上最多总共可以用 4 个 -m，但是信息量较大，一般用 1 个就可以了；

-l 会禁用函数内联，在这里禁用掉内联能更好的观察逃逸情况，减少干扰

内联后堆栈信息还对不对

内联会将函数调用的过程抹掉，这会引入一个新的问题：代码的堆栈信息还能否保证。其实这一点不用担心，Golang 内部会为每个存在内联优化的 goroutine 维持一个内联树（inlining tree），该树可通过 -gcflags="-d pctab=pctoinline" 命令查看，Go在生成的代码中映射了内联函数。并且，也映射了行号。这张表被嵌入到了二进制文件中，所以在运行时可以得到准确的堆栈信息。

　　审核编辑：汤梓红