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Go 语言 JSON 编码：结构体使用指针比使用拷贝更慢的原因

碧海醫心

发布： 2025-10-12 12:48:19

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go 语言 json 编码：结构体使用指针比使用拷贝更慢的原因

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))
}

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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。

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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))
}

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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：