Golang面试前一夜准备

1. Golang中除了加Mutex锁以外还有哪些方式安全读写共享变量

Golang中Goroutine 可以通过 Channel 进行安全读写共享变量,还可以通过原子性（atomic）操作进行.

2. 无缓冲Chan的发送和接收是否同步

ch := make(chan int)  无缓冲的channel由于没有缓冲发送和接收需要同步.
ch := make(chan int, 2) 有缓冲channel不要求发送和接收操作同步.

• channel无缓冲时,无缓冲chan是指在接收前没有能力保存任何值的通道。这种类型的通道要求发送goroutine和接收goroutine同时准备好，才能完成发送和接收操作。如果两个goroutine没有同时准备好，通道会导致先执行发送或接收操作的goroutine阻塞等待。
  
• channel有缓冲时,当缓冲满时发送阻塞，当缓冲空时接收阻塞。

3. Golang并发机制以及它所使用的CSP并发模型

在计算机科学中，通信顺序过程（communicating sequential processes，CSP）是一种描述并发系统中交互模式的正式语言，它是并发数学理论家族中的一个成员，被称为过程算法（process algebras），或者说过程计算（process calculate），是基于消息的通道传递的数学理论。

CSP模型是上个世纪七十年代提出的,不同于传统的多线程通过共享内存来通信，CSP讲究的是“以通信的方式来共享内存”。用于描述两个独立的并发实体通过共享的通讯 channel(管道)进行通信的并发模型。CSP中channel是第一类对象，它不关注发送消息的实体，而关注与发送消息时使用的channel。

Golang中channel 是被单独创建并且可以在进程之间传递，它的通信模式类似于boss-worker模式的，一个实体通过将消息发送到channel 中，然后又监听这个 channel 的实体处理，两个实体之间是匿名的，这个就实现实体中间的解耦，其中 channel 是同步的一个消息被发送到 channel 中，最终是一定要被另外的实体消费掉的，在实现原理上其实类似一个阻塞的消息队列。

Goroutine 是Golang实际并发执行的实体，它底层是使用协程(coroutine)实现并发，coroutine是一种运行在用户态的用户线程，类似于greenthread，go底层选择使用coroutine的出发点是因为它具有以下特点：

• 用户空间 避免了内核态和用户态的切换导致的成本.
• 可以由语言和框架层进行调度.
• 更小的栈空间允许创建大量的实例.

Golang中的Goroutine的特性:

Golang内部有三个对象: P对象(processor) 代表上下文（或者可以认为是cpu），M(work thread)代表工作线程，G对象（goroutine）.

正常情况下一个CPU对象启一个工作线程对象，线程去检查并执行goroutine对象。碰到goroutine对象阻塞的时候，会启动一个新的工作线程，以充分利用cpu资源。所以有时候线程对象会比处理器对象多很多.

我们用如下图分别表示P、M、G:

• G（Goroutine）: 我们所说的协程，为用户级的轻量级线程，每个Goroutine对象中的sched保存着其上下文信息。
  
• M（Machine）: 对OS内核级线程的封装，数量对应真实的CPU数(真正干活的对象).
  
• P (Processor): 逻辑处理器,即为G和M的调度对象，用来调度G和M之间的关联关系，其数量可通过 GOMAXPROCS()来设置，默认为核心数。
  

在单核情况下，所有Goroutine运行在同一个线程（M0）中，每一个线程维护一个上下文（P），任何时刻，一个上下文中只有一个Goroutine，其他Goroutine在runqueue中等待。

一个Goroutine运行完自己的时间片后，让出上下文，自己回到runqueue中（如下图所示）。

当正在运行的G0阻塞的时候（可以需要IO），会再创建一个线程（M1），P转到新的线程中去运行。

当M0返回时，它会尝试从其他线程中“偷”一个上下文过来，如果没有偷到，会把Goroutine放到Global runqueue中去，然后把自己放入线程缓存中。

上下文会定时检查Global runqueue。

Golang是为并发而生的语言，Go语言是为数不多的在语言层面实现并发的语言；也正是Go语言的并发特性，吸引了全球无数的开发者。

Golang的CSP并发模型，是通过Goroutine和Channel来实现的。

Goroutine 是Go语言中并发的执行单位。有点抽象，其实就是和传统概念上的”线程“类似，可以理解为”线程“。Channel是Go语言中各个并发结构体(Goroutine)之前的通信机制。通常Channel，是各个Goroutine之间通信的”管道“，有点类似于Linux中的管道。

通信机制channel也很方便，传数据用channel <- data，取数据用<-channel。

在通信过程中，传数据 channel <- data 和取数据<-channel必然会成对出现，因为这边传，那边取，两个goroutine之间才会实现通信。而且不管是传还是取，肯定阻塞，直到另外的goroutine传或者取为止。因此GPM的简要概括即为:事件循环,线程池,工作队列。

4. Golang中常用的并发模型

Golang中常用的并发模型有三种:

1. 通过channel通知实现并发控制

无缓冲的通道指的是通道的大小为0，也就是说，这种类型的通道在接收前没有能力保存任何值，它要求发送 goroutine 和接收 goroutine 同时准备好，才可以完成发送和接收操作。

从上面无缓冲的通道定义来看，发送 goroutine 和接收 gouroutine 必须是同步的，同时准备后，如果没有同时准备好的话，先执行的操作就会阻塞等待，直到另一个相对应的操作准备好为止。这种无缓冲的通道我们也称之为同步通道。

func main() {
    ch := make(chan struct{})
    go func() {
        fmt.Println("start working")
        time.Sleep(time.Second * 1)
        ch <- struct{}{}
    }()
    <-ch
    fmt.Println("finished")
}

当主 goroutine 运行到 <-ch 接受 channel 的值的时候，如果该 channel 中没有数据，就会一直阻塞等待，直到有值。这样就可以简单实现并发控制。

2. 通过sync包中的WaitGroup实现并发控制

Goroutine是异步执行的，有的时候为了防止在结束main函数的时候结束掉Goroutine，所以需要同步等待，这个时候就需要用 WaitGroup了，在Sync包中，提供了 WaitGroup,它会等待它收集的所有 goroutine 任务全部完成。

在WaitGroup里主要有三个方法:

• Add, 可以添加或减少 goroutine的数量.
• Done, 相当于Add(-1).
• Wait, 执行后会堵塞主线程，直到WaitGroup 里的值减至0.

在主goroutine 中 Add(delta int) 索要等待goroutine 的数量。在每一个goroutine 完成后 Done() 表示这一个goroutine 已经完成，当所有的 goroutine 都完成后，在主 goroutine 中 WaitGroup 返回。

func main(){
    var wg sync.WaitGroup
    var urls = []string{
        "http://www.golang.org/",
        "http://www.google.com/",
    }
    for _, url := range urls {
        wg.Add(1)
        go func(url string) {
            defer wg.Done()
            http.Get(url)
        }(url)
    }
    wg.Wait()
}

在Golang官网中对于WaitGroup介绍是A WaitGroup must not be copied after first use,在 WaitGroup 第一次使用后，不能被拷贝。

应用示例:

func main(){
 wg := sync.WaitGroup{}
    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(wg sync.WaitGroup, i int) {
            fmt.Printf("i:%d", i)
            wg.Done()
        }(wg, i)
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println("exit")
}

运行:

i:1i:3i:2i:0i:4fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!
goroutine 1 [semacquire]:
...
exit status 2

它提示所有的 goroutine 都已经睡眠了，出现了死锁。这是因为 wg 给拷贝传递到了 goroutine 中，导致只有 Add 操作，其实 Done操作是在 wg 的副本执行的。

因此 Wait 就会死锁。

这个第一个修改方式: 将匿名函数中 wg 的传入类型改为 *sync.WaitGroup,这样就能引用到正确的WaitGroup了。

这个第二个修改方式: 将匿名函数中的 wg 的传入参数去掉，因为Go支持闭包类型，在匿名函数中可以直接使用外面的 wg 变量。

3. 在Go 1.7 以后引进的强大的Context上下文，实现并发控制

通常,在一些简单场景下使用 channel 和 WaitGroup 已经足够了，但是当面临一些复杂多变的网络并发场景下 channel 和 WaitGroup 显得有些力不从心了。

比如一个网络请求 Request，每个Request 都需要开启一个 goroutine 做一些事情，这些 goroutine 又可能会开启其他的 goroutine，比如数据库和RPC服务。

所以我们需要一种可以跟踪 goroutine 的方案，才可以达到控制他们的目的，这就是Go语言为我们提供的 Context，称之为上下文非常贴切，它就是goroutine 的上下文。

它是包括一个程序的运行环境、现场和快照等。每个程序要运行时，都需要知道当前程序的运行状态，通常Go 将这些封装在一个 Context 里，再将它传给要执行的 goroutine 。

context 包主要是用来处理多个 goroutine 之间共享数据，及多个 goroutine 的管理。

context 包的核心是 struct Context，接口声明如下：

// A Context carries a deadline, cancelation signal, and request-scoped values
// across API boundaries. Its methods are safe for simultaneous use by multiple
// goroutines.
type Context interface {
    // Done returns a channel that is closed when this `Context` is canceled
    // or times out.
    // Done() 返回一个只能接受数据的channel类型，当该context关闭或者超时时间到了的时候，该channel就会有一个取消信号
    Done() <-chan struct{}
    // Err indicates why this Context was canceled, after the Done channel
    // is closed.
    // Err() 在Done() 之后，返回context 取消的原因。
    Err() error
    // Deadline returns the time when this Context will be canceled, if any.
    // Deadline() 设置该context cancel的时间点
    Deadline() (deadline time.Time, ok bool)
    // Value returns the value associated with key or nil if none.
    // Value() 方法允许 Context 对象携带request作用域的数据，该数据必须是线程安全的。
    Value(key interface{}) interface{}
}

Context 对象是线程安全的，你可以把一个 Context 对象传递给任意个数的 gorotuine，对它执行取消操作时，所有 goroutine 都会接收到取消信号。

一个 Context 不能拥有 Cancel 方法，同时我们也只能 Done channel 接收数据。其中的原因是一致的：接收取消信号的函数和发送信号的函数通常不是一个。

典型的场景是：父操作为子操作操作启动 goroutine，子操作也就不能取消父操作。

5. Go中对nil的Slice和空Slice的处理是一致的吗

首先Go的JSON 标准库对 nil slice 和 空 slice 的处理是不一致.

通常错误的用法，会报数组越界的错误，因为只是声明了slice，却没有给实例化的对象。如下：

var slice []int //只是声明了slice 
slice[1] = 0 //异常 panic: runtime error: index out of range [1] with length 0

此时slice的值是nil，这种情况可以用于需要返回slice的函数，当函数出现异常的时候，保证函数依然会有nil的返回值。

empty slice 是指slice不为nil，但是slice没有值，slice的底层的空间是空的，此时的定义如下：

slice := make([]int,0）
slice := []int{}

当我们查询或者处理一个空的列表的时候，这非常有用，它会告诉我们返回的是一个列表，但是列表内没有任何值。

总之，nil slice 和 empty slice是不同的东西,需要我们加以区分的。