本文探讨了在 Go 语言中使用 `encoding/json` 包进行 JSON 编码时，结构体字段使用指针类型反而比使用值类型更慢的现象。通过基准测试代码，我们发现对于包含字符串字段的结构体，使用指针会增加反射和指针追踪的开销，从而抵消了避免拷贝带来的潜在优势。尤其是在字符串较短的情况下，这种开销更为明显。
在使用 Go 语言进行 JSON 编码时，我们通常会遇到选择结构体字段类型的问题：是使用值类型（例如 string）还是指针类型（例如 *string）？ 直觉上，使用指针可以避免数据拷贝，从而提高性能。然而，实际情况并非总是如此。在某些情况下，使用指针反而会导致性能下降。本文将深入探讨这一现象，并解释其背后的原因。
基准测试代码分析
以下代码展示了一个简单的基准测试，用于比较使用值类型和指针类型的结构体在 JSON 编码时的性能差异：
package main
import (
"encoding/json"
"fmt"
"testing"
)
type Coll1 struct {
A string
B string
C string
}
type Coll2 struct {
A *string
B *string
C *string
}
var as = "aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa"
var bs = "bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb"
var cs = "ccccccccccccccccccccccccccccccccc"
func testBM1(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
json.Marshal(Coll1{as, bs, cs})
}
}
func testBM2(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
json.Marshal(Coll2{&as, &bs, &cs})
}
}
func main() {
fmt.Println(testing.Benchmark(testBM1))
fmt.Println(testing.Benchmark(testBM2))
}这段代码定义了两个结构体 Coll1 和 Coll2，它们都包含三个字符串字段，但 Coll1 使用值类型，而 Coll2 使用指针类型。基准测试 testBM1 和 testBM2 分别对这两个结构体进行 JSON 编码。
运行结果表明，testBM1 (使用值类型) 的性能通常优于 testBM2 (使用指针类型)。这与我们避免拷贝的直觉相悖。
性能差异的原因
性能差异的主要原因在于 encoding/json 包的实现方式以及 Go 语言的反射机制。
- 反射开销： encoding/json 包使用反射来动态地检查结构体的字段类型和值。当结构体字段是指针类型时，反射需要额外地解引用指针才能访问到实际的数据。这个解引用操作会增加额外的开销。
- 指针追踪： 在 JSON 编码过程中，encoding/json 包需要遍历结构体的所有字段。对于指针类型的字段，它需要追踪指针指向的内存地址。这种指针追踪也会增加额外的开销。
- 数据拷贝： 虽然使用指针可以避免结构体本身的拷贝，但在 JSON 编码过程中，encoding/json 包仍然需要将数据转换为 JSON 格式。这个转换过程通常会涉及到数据的拷贝。
字符串长度的影响
字符串的长度也会影响性能差异。当字符串较短时，反射和指针追踪的开销相对较高，因此使用指针的性能劣势更为明显。当字符串较长时，数据拷贝的开销可能会超过反射和指针追踪的开销，从而缩小性能差异。
示例：嵌套结构体
以下代码展示了嵌套结构体的基准测试：
package main
import (
"encoding/json"
"fmt"
"testing"
)
type Coll1 struct {
A, B, C string
}
type Coll1Outer struct {
A, B, C Coll1
}
type Coll2Outer struct {
A, B, C *Coll2
}
type Coll2 struct {
A, B, C *string
}
var as = "aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa"
var bs = "bbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbbb"
var cs = "ccccccccccccccccccccccccccccccccc"
func testBM1(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
c := Coll1Outer{Coll1{as, bs, cs},
Coll1{as, bs, cs},
Coll1{as, bs, cs}}
json.Marshal(c)
}
}
func testBM2(b *testing.B) {
for i := 0; i < b.N; i++ {
c := Coll2Outer{&Coll2{&as, &bs, &cs},
&Coll2{&as, &bs, &cs},
&Coll2{&as, &bs, &cs}}
json.Marshal(c)
}
}
func main() {
fmt.Println(testing.Benchmark(testBM1))
fmt.Println(testing.Benchmark(testBM2))
}这个例子表明，即使是嵌套结构体，使用指针的性能仍然可能不如使用值类型。
结论与建议
在 Go 语言中使用 encoding/json 包进行 JSON 编码时，结构体字段使用指针类型并不总是能提高性能。在以下情况下，使用值类型可能更合适：
- 结构体包含较短的字符串字段。
- 结构体嵌套层级较深。
- 性能是关键因素。
当然，在实际开发中，还需要综合考虑内存占用、可维护性等因素。如果结构体包含较大的数据，或者需要在多个地方共享数据，那么使用指针可能仍然是更好的选择。
总结
Go 语言 JSON 编码中结构体字段使用指针比使用拷贝慢的原因主要在于反射开销和指针追踪。在选择结构体字段类型时，需要根据实际情况进行权衡，并进行基准测试以确定最佳方案。
