Golang性能测试工具PProf应用详解

Google 开发的 Golang 自 2009 年推出，已经日趋成为各大公司开发后端服务使用的语言，有名的基于 Golang 的开源项目有 Docker 、 Kubernetes 等。当使用 Golang 开发服务后端时，难免产生性能问题，如内存泄漏、Goroutine 卡死等，Golang 是一个对性能要求很高的语言，因此语言中自带的 PProf 工具成为我们检测 Golang 开发应用性能的利器。

Profiling 一般翻译为 画像，在计算机领域，我们可以将其理解为当前应用状态的画像。当程序性能不佳时，我们希望知道应用在 什么地方 耗费了 多少 CPU 、 memory 。下面将介绍如何使用这一工具。

PProf 关注的模块

• CPU profile：报告程序的 CPU 使用情况，按照一定频率去采集应用程序在 CPU 和寄存器上面的数据
• Memory Profile（Heap Profile）：报告程序的内存使用情况
• Block Profiling：报告 goroutines 不在运行状态的情况，可以用来分析和查找死锁等性能瓶颈
• Goroutine Profiling：报告 goroutines 的使用情况，有哪些 goroutine，它们的调用关系是怎样的

两种引入方式

PProf 可以从以下两个包中引入：

import "net/http/pprof"
import "runtime/pprof"

其中 net/http/pprof 使用 runtime/pprof 包来进行封装，并在 http 端口上暴露出来。runtime/pprof 可以用来产生 dump 文件，再使用 Go Tool PProf 来分析这运行日志。

使用 net/http/pprof 可以做到直接看到当前 web 服务的状态，包括 CPU 占用情况和内存使用情况等。

如果服务是一直运行的，如 web 应用，可以很方便的使用第一种方式 import "net/http/pprof" ，下面主要介绍通过 web 收集 prof 信息方式的使用。

PProf 使用方式

如果使用了默认的 http.DefaultServeMux （通常是代码直接使用 http.ListenAndServe("0.0.0.0:8000", nil) ），只需要添加一行：

import _ "net/http/pprof"

如果应用使用了自定义的 Mux ，则需要手动注册一些路由规则：

r.HandleFunc("/debug/pprof/", pprof.Index)
r.HandleFunc("/debug/pprof/cmdline", pprof.Cmdline)
r.HandleFunc("/debug/pprof/profile", pprof.Profile)
r.HandleFunc("/debug/pprof/symbol", pprof.Symbol)
r.HandleFunc("/debug/pprof/trace", pprof.Trace)

服务起来之后，就会多多一条路由，如 http://127.0.0.1:8000/debug/pprof ，有以下输出

/debug/pprof/
 
profiles:
0    block
62    goroutine
444    heap
30    threadcreate
 
full goroutine stack dump

这个路径下还有几个子页面：

/debug/pprof/profile
/debug/pprof/heap
/debug/pprof/block
/debug/pprof/goroutines

使用 Go Tool PProf 分析工具

Go Tool PProf 工具可以对以上链接下载的 prof 文件进行更详细的分析，可以生成调用关系图和火焰图。

生成调用关系图

graphviz
go tool pprof [binary][source]

go tool pprof demo demo.prof
(pprof) web  #生成调用关系图，demo.svg文件

每个方框代表一个函数，方框的大小和执行时间成正比，箭头代表调用关系，箭头上的时间代表被调用函数的执行时间

查看 topN 数据

• topN 命令可以查出程序最耗 CPU 的调用

(pprof) top10
130ms of 360ms total (36.11%)
Showing top 10 nodes out of 180 (cum >= 10ms)
    flat  flat%   sum%        cum   cum%
    20ms  5.56%  5.56%      100ms 27.78%  func1
    20ms  5.56% 11.11%       20ms  5.56%  func2
...

• flat、flat% 表示函数在 CPU 上运行的时间以及百分比
• sum% 表示当前函数累加使用 CPU 的比例
• cum、cum%表示该函数以及子函数运行所占用的时间和比例，应该大于等于前两列的值

• topN 命令可以查出程序最耗 memory 的调用

(pprof) top
11712.11kB of 14785.10kB total (79.22%)
Dropped 580 nodes (cum <= 73.92kB)
Showing top 10 nodes out of 146 (cum >= 512.31kB)
    flat  flat%   sum%        cum   cum%
2072.09kB 14.01% 14.01%  2072.09kB 14.01%  func1
2049.25kB 13.86% 27.87%  2049.25kB 13.86%  func2
...

生成火焰图

[go-torch](https://github.com/uber/go-torch)

go-torch  -u url( 选择是 CPU 或是 memory 等的 profile 文件 )

y 轴表示调用栈，每一层都是一个函数。调用栈越深，火焰就越高，顶部就是正在执行的函数，下方都是它的父函数。

x 轴表示抽样数，如果一个函数在 x 轴占据的宽度越宽，就表示它被抽到的次数多，即执行的时间长。注意，x 轴不代表时间，而是所有的调用栈合并后，按字母顺序排列的。

火焰图就是看顶层的哪个函数占据的宽度最大。只要有”平顶”（plateaus），就表示该函数可能存在性能问题。

颜色没有特殊含义，因为火焰图表示的是 CPU 的繁忙程度，所以一般选择暖色调。

• 火焰图使用
• 鼠标悬浮
  火焰的每一层都会标注函数名，鼠标悬浮时会显示完整的函数名、抽样抽中的次数、占据总抽样次数的百分比
• 点击放大
  在某一层点击，火焰图会水平放大，该层会占据所有宽度，显示详细信息
• 搜索
  按下 Ctrl + F 会显示一个搜索框，用户可以输入关键词或正则表达式，所有符合条件的函数名会高亮显示

本文作者：尹长昕

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