Golang面试前三夜准备

26. Go的Slice如何扩容

slice是 Go 中的一种基本的数据结构，使用这种结构可以用来管理数据集合。但是slice本身并不是动态数据或者数组指针。slice常见的操作有 reslice、append、copy。

slice自身并不是动态数组或者数组指针。它内部实现的数据结构通过指针引用底层数组，设定相关属性将数据读写操作限定在指定的区域内。slice本身是一个只读对象，其工作机制类似数组指针的一种封装。

slice是对数组一个连续片段的引用，所以切片是一个引用类型（因此更类似于 C/C++ 中的数组类型，或者 Python 中的 list类型）。这个片段可以是整个数组，或者是由起始和终止索引标识的一些项的子集。

这里需要注意的是，终止索引标识的项不包括在切片内。切片提供了一个与指向数组的动态窗口。

slice是可以看做是一个长度可变的数组。

slice数据结构如下:

type slice struct {
 array unsafe.Pointer
 len   int
 cap   int
}

slice的结构体由3部分构成，Pointer 是指向一个数组的指针，len 代表当前切片的长度，cap 是当前切片的容量。cap 总是大于等于 len 的。

通常我们在对slice进行append等操作时，可能会造成slice的自动扩容。

其扩容时的大小增长规则是：

• 如果切片的容量小于1024个元素，那么扩容的时候slice的cap就翻番，乘以2；一旦元素个数超过1024个元素，增长因子就变成1.25，即每次增加原来容量的四分之一。
  
• 如果扩容之后，还没有触及原数组的容量，那么，切片中的指针指向的位置，就还是原数组，如果扩容之后，超过了原数组的容量，那么，Go就会开辟一块新的内存，把原来的值拷贝过来，这种情况丝毫不会影响到原数组。
  

通过slice源码可以看到,append的实现只是简单的在内存中将旧slice复制给新slice.

newcap := old.cap
if newcap+newcap < cap {
    newcap = cap
} else {
    for {
        if old.len < 1024 {
            newcap += newcap
        } else {
            newcap += newcap / 4
        }
        if newcap >= cap {
            break
        }
    }
}

27. Go中的map如何实现顺序读取

Go中map如果要实现顺序读取的话,可以先把map中的key,通过sort包排序.

通过sort中的排序包进行对map中的key进行排序.

package main
import (
    "fmt"
    "sort"
)
func main() {
    var m = map[string]int{
        "hello":         0,
        "morning":       1,
        "keke":          2,
        "jame":      3,
    }
    var keys []string
    for k := range m {
        keys = append(keys, k)
    }
    sort.Strings(keys)
    for _, k := range keys {
        fmt.Println("Key:", k, "Value:", m[k])
    }
}

28. Go中CAS是怎么回事

CAS算法（Compare And Swap）,是原子操作的一种, CAS算法是一种有名的无锁算法。无锁编程，即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步，也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步（Non-blocking Synchronization）。可用于在多线程编程中实现不被打断的数据交换操作，从而避免多线程同时改写某一数据时由于执行顺序不确定性以及中断的不可预知性产生的数据不一致问题。

该操作通过将内存中的值与指定数据进行比较，当数值一样时将内存中的数据替换为新的值。

Go中的CAS操作是借用了CPU提供的原子性指令来实现。CAS操作修改共享变量时候不需要对共享变量加锁，而是通过类似乐观锁的方式进行检查，本质还是不断的占用CPU 资源换取加锁带来的开销（比如上下文切换开销）。

package main
import (
 "fmt"
 "sync"
 "sync/atomic"
)
var (
 counter int32          //计数器
 wg      sync.WaitGroup //信号量
)
func main() {
 threadNum := 5
 wg.Add(threadNum)
 for i := 0; i < threadNum; i++ {
  go incCounter(i)
 }
 wg.Wait()
}
func incCounter(index int) {
 defer wg.Done()
 spinNum := 0
 for {
  // 原子操作
  old := counter
  ok := atomic.CompareAndSwapInt32(&counter, old, old+1)
  if ok {
   break
  } else {
   spinNum++
  }
 }
 fmt.Printf("thread,%d,spinnum,%d\n", index, spinNum)
}

当主函数main首先创建了5个信号量，然后开启五个线程执行incCounter方法,incCounter内部执行, 使用cas操作递增counter的值，atomic.CompareAndSwapInt32具有三个参数，第一个是变量的地址，第二个是变量当前值，第三个是要修改变量为多少，该函数如果发现传递的old值等于当前变量的值，则使用第三个变量替换变量的值并返回true，否则返回false。

这里之所以使用无限循环是因为在高并发下每个线程执行CAS并不是每次都成功，失败了的线程需要重写获取变量当前的值，然后重新执行CAS操作。读者可以把线程数改为10000或者更多就会发现输出thread,5329,spinnum,1 其中这个1就说明该线程尝试了两个CAS操作，第二次才成功。

因此呢, go中CAS操作可以有效的减少使用锁所带来的开销，但是需要注意在高并发下这是使用cpu资源做交换的。

29. Go中的逃逸分析是什么

在Go中逃逸分析是一种确定指针动态范围的方法，可以分析在程序的哪些地方可以访问到指针。它涉及到指针分析和形状分析。

当一个变量(或对象)在子程序中被分配时，一个指向变量的指针可能逃逸到其它执行线程中，或者去调用子程序。如果使用尾递归优化（通常在函数编程语言中是需要的），对象也可能逃逸到被调用的子程序中。如果一个子程序分配一个对象并返回一个该对象的指针，该对象可能在程序中的任何一个地方被访问到——这样指针就成功“逃逸”了。

如果指针存储在全局变量或者其它数据结构中，它们也可能发生逃逸，这种情况是当前程序中的指针逃逸。逃逸分析需要确定指针所有可以存储的地方，保证指针的生命周期只在当前进程或线程中。

导致内存逃逸的情况比较多，有些可能还是官方未能够实现精确的分析逃逸情况的 bug，通常来讲就是如果变量的作用域不会扩大并且其行为或者大小能够在编译的时候确定，一般情况下都是分配到栈上，否则就可能发生内存逃逸分配到堆上。

内存逃逸的五种情况:

1. 发送指针的指针或值包含了指针到channel 中，由于在编译阶段无法确定其作用域与传递的路径，所以一般都会逃逸到堆上分配。
   
2. slices 中的值是指针的指针或包含指针字段。一个例子是类似[]*string 的类型。这总是导致 slice 的逃逸。即使切片的底层存储数组仍可能位于堆栈上，数据的引用也会转移到堆中。
   
3. slice 由于 append 操作超出其容量，因此会导致 slice 重新分配。这种情况下，由于在编译时 slice 的初始大小的已知情况下，将会在栈上分配。如果 slice 的底层存储必须基于仅在运行时数据进行扩展，则它将分配在堆上。
   
4. 调用接口类型的方法。接口类型的方法调用是动态调度,实际使用的具体实现只能在运行时确定。考虑一个接口类型为 io.Reader 的变量 r。对 r.Read(b) 的调用将导致 r 的值和字节片b的后续转义并因此分配到堆上。
   
5. 尽管能够符合分配到栈的场景，但是其大小不能够在在编译时候确定的情况，也会分配到堆上.
   

有效的避免上述的五种逃逸的情况,就可以避免内存逃逸.

30. Go值接收者和指针接收者的区别

Go中的方法能给用户自定义的类型添加新的行为。它和函数的区别在于方法有一个接收者，给一个函数添加一个接收者，那么它就变成了方法。接收者可以是值接收者，也可以是指针接收者。

在调用方法的时候，值类型既可以调用值接收者的方法，也可以调用指针接收者的方法；指针类型既可以调用指针接收者的方法，也可以调用值接收者的方法。

也就是说，不管方法的接收者是什么类型，该类型的值和指针都可以调用，不必严格符合接收者的类型。

package main
import "fmt"
type Person struct {
    age int
}
func (p Person) Elegance() int {
    return p.age
}
func (p *Person) GetAge() {
    p.age += 1
}
func main() {
    // p1 是值类型
    p := Person{age: 18}
    // 值类型 调用接收者也是值类型的方法
    fmt.Println(p.howOld())
    // 值类型 调用接收者是指针类型的方法
    p.GetAge()
    fmt.Println(p.GetAge())
    // ----------------------
    // p2 是指针类型
    p2 := &Person{age: 100}
    // 指针类型 调用接收者是值类型的方法
    fmt.Println(p2.GetAge())
    // 指针类型 调用接收者也是指针类型的方法
    p2.GetAge()
    fmt.Println(p2.GetAge())
}

运行

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19
100
101

如果实现了接收者是值类型的方法，会隐含地也实现了接收者是指针类型的方法。

如果方法的接收者是值类型，无论调用者是对象还是对象指针，修改的都是对象的副本，不影响调用者；如果方法的接收者是指针类型，则调用者修改的是指针指向的对象本身。

通常我们使用指针作为方法的接收者的理由：

• 使用指针方法能够修改接收者指向的值。
  
• 可以避免在每次调用方法时复制该值，在值的类型为大型结构体时，这样做会更加高效。
  

因而呢,我们是使用值接收者还是指针接收者，不是由该方法是否修改了调用者（也就是接收者）来决定，而是应该基于该类型的本质。

如果类型具备“原始的本质”，也就是说它的成员都是由 Go 语言里内置的原始类型，如字符串，整型值等，那就定义值接收者类型的方法。像内置的引用类型，如 slice，map，interface，channel，这些类型比较特殊，声明他们的时候，实际上是创建了一个 header， 对于他们也是直接定义值接收者类型的方法。这样，调用函数时，是直接 copy 了这些类型的 header，而 header 本身就是为复制设计的。

如果类型具备非原始的本质，不能被安全地复制，这种类型总是应该被共享，那就定义指针接收者的方法。比如 go 源码里的文件结构体（struct File）就不应该被复制，应该只有一份实体。

接口值的零值是指动态类型和动态值都为 nil。当仅且当这两部分的值都为 nil 的情况下，这个接口值就才会被认为 接口值 == nil。