Golang 編譯速度為什么這么快？

概述

開始接觸 GO 語(yǔ)言的時(shí)候，筆者已經(jīng)擁有 C/C++, Java 三種靜態(tài)語(yǔ)言和 PHP, Javascript 兩種動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的基礎(chǔ)。正因?yàn)槿绱耍谌腴T Go 語(yǔ)言的過(guò)程中， 第一次編譯一個(gè)幾百行的 demo 文件時(shí)，著實(shí)被其編譯速度驚到了，當(dāng)時(shí)心中感慨: “Go 語(yǔ)言號(hào)稱靜態(tài)語(yǔ)言的執(zhí)行速度，動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的編譯速度，果然名不虛傳”。

事實(shí)上，Google 發(fā)明 Go 語(yǔ)言的核心訴求就是解決其內(nèi)部的大型項(xiàng)目代碼每次構(gòu)建時(shí)都需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間的問(wèn)題，拋開技術(shù)的產(chǎn)生歷史背景， 本文簡(jiǎn)單介紹一下 Go 語(yǔ)言編譯速度背后的主要優(yōu)化方案。

極簡(jiǎn)關(guān)鍵字

Go 語(yǔ)言只有 25 個(gè)關(guān)鍵字，這有助于縮短編譯時(shí)間。

符號(hào)表

符號(hào)表是編譯器中的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)程序中的標(biāo)志符 (變量、函數(shù)、結(jié)構(gòu)體/對(duì)象) 等，主要作用是提供了一個(gè)管理程序中的各種標(biāo)志符的快捷方式， 以便在程序編譯的不同階段進(jìn)行引用、解析、優(yōu)化等工作。

Go 語(yǔ)言中并沒有直接 (顯式) 的符號(hào)表，編譯器會(huì)在編譯過(guò)程中創(chuàng)建一些內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)管理標(biāo)志符和類型信息，雖然這些內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)直接暴露給開發(fā)者使用的符號(hào)表， 但是可以看做是編譯器的 “內(nèi)部符號(hào)表”。

此外，Go 語(yǔ)言提供了反射 (Reflection) 機(jī)制，可以在運(yùn)行時(shí)獲取類型、結(jié)構(gòu)體字段、調(diào)用方法/堆棧 等， 也可以獲取和修改對(duì)象的字段，開發(fā)者可以通過(guò)這種間接的方式獲取類似符號(hào)表的信息。

依賴分析

這是 Go 語(yǔ)言編譯速度性能提升的主要原因。

消除循環(huán)依賴

Go 語(yǔ)言出現(xiàn)循環(huán)依賴會(huì)在編譯時(shí)報(bào)錯(cuò)，在開發(fā)者解決了循環(huán)依賴問(wèn)題之后，編譯過(guò)程只需要遞歸到依賴關(guān)系樹的底部即可，本質(zhì)上就是一個(gè) DFS (深度優(yōu)先搜索) 過(guò)程。此外在沒有循環(huán)依賴的前提下，每個(gè)包可以獨(dú)立并行編譯。

依賴簡(jiǎn)化

Go 語(yǔ)言代碼文件中只需要包含直接在代碼中使用到的包名，例如當(dāng)我們需要使用 Cookie 對(duì)象時(shí)， 只需要引入 cookiejar 包即可，不需要引入 http 包。

package main

import "net/http/cookiejar"

func main() {
 var c cookiejar.Jar
}

與此同時(shí)，Go 語(yǔ)言中引入未使用的包也會(huì)產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤:

imported and not used:  ...

這個(gè)編譯前置約束可以保證不相關(guān)的包對(duì)編譯時(shí)間造成影響。

最后，Go 語(yǔ)言規(guī)定源文件中所有使用到的包必須在文件開始處 (package 語(yǔ)句之后) 全部列出，因此編譯器無(wú)須讀完整個(gè)文件內(nèi)容就可以確定依賴關(guān)系。已經(jīng)編譯完成的 Go 包的目標(biāo)文件不僅記錄了包文件的導(dǎo)出信息，還記錄了其本身依賴的包導(dǎo)出信息，編譯時(shí)每次導(dǎo)入一個(gè)目標(biāo)文件即可，不需要查看其他信息。

不支持重載/重寫

Go 語(yǔ)言不支持方法重寫和方法重載，也就是說(shuō)，所有的方法都可以視為靜態(tài)類型的，就像 Java 里面的 static 方法。

class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World!");
    }
}

不支持模板

Go 語(yǔ)言同樣不支持模板方法，這可以避免模板實(shí)例化帶來(lái)的性能開銷。

無(wú)須虛擬機(jī)

Go 語(yǔ)言和 Java 一樣，也是自帶 GC 的語(yǔ)言，但是不同的地方在于，Java 是在虛擬機(jī)中編譯的，因此 Java 代碼在通過(guò)編譯器之前必須先編譯為字節(jié)碼， 但是 Go 不依賴虛擬機(jī)編譯代碼，而是直接從源代碼編譯為二進(jìn)制文件。

Reference

• Why Go compiles so fast^[1]
• What compiler technology is used to build the compilers?^[2]
• How does Go compile so quickly?^[3]
• why-golang-is-so-fast-performance-analysis^[4]
• 深入理解 Go 語(yǔ)言的編譯與內(nèi)存管理^[5]
• Go 語(yǔ)言鏈接器簡(jiǎn)介^[6]

鏈接