Golang

一、并发

1 GMP模型——goroutine调度——scheduler调度器

1.1 GMP优点

GMP模型可以在用户空间实现任务的切换，上下文切换成本更小，可以达到使用较少的线程数量实现较大并发的能力

1.2 GMP含义

G是goroutine，是golang协程，是用户态轻量级线程。
M是machine，是内核级线程，是实质上实现业务逻辑的载体。
P是processor本地队列

1.3 M必须拥有P，才能执行G中的代码，P负责G的调度。

1.4 如何新增G

M1新增G会被保存在M1所绑定的本地队列P1中，P1队列超过256个满了以后，会把新增的G放进全局队列中

1.5 M如何从P中获取G

从本地队列P中获取G（无锁）
如果本地队列为空，从全局队列中获取G（加锁）
如果全局队列也为空，再去另一个本地队列P中偷一半的G

1.6 当M1在执行G1的时候被阻塞了，如何继续执行

当M1在执行G1的时候阻塞了，M1与绑定的本地队列P1解绑，接着M2绑定P1，然后执行P1的下一个协程G2。

1.7 G的生命周期

1. 创建G：go func()可以创建协程G
2. 保存G：创建的G优先保存到本地队列P，如果本地队列P满了，则会放到全局队列P中
3. M获取G：M1首先从本地队列P1获取G，如果P1为空，则从全局队列中获取G，如果全局队列也为空，则从另一个本地队列偷一半的G
4. M调度和执行G：M1调用G.func()函数执行协程G，如果M1在执行G的过程被阻塞了，则本地队列P1与M1解绑。其他M绑定P1，继续执行P1的其他G。

1.8 GM和GMP的区别

GMP能减少大量的全局队列锁竞争。
M 绑定本地队列 P 后，直接在 P 中获取、添加和执行 G，是无锁操作。

1.9 M和P的数量

1. P的个数在程序启动时决定，默认情况下等同于CPU的核数。
2. M的数量一般大于P的数量
3. M创建的条件
   没有足够的M来绑定P。
   比如所有的M此时都阻塞了，但是 P 中还有很多就绪任务，就要去寻找空闲 M，没找到空闲的 M 就会去创建新的 M。

2 Golang协程切换时机

1. 主动调用
2. 协程执行完成
3. 管道读写阻塞
4. 垃圾回收之后
5. time系列定时操作
6. 会阻塞的系统调用，比如文件io，网络io

3 如何在Golang中对性能优化

1. 使用sync包中的锁时，优先考虑用读写锁
2. 使用 goroutine 和 channel 实现并发
3. 使用原子操作

4 Golang中线程同步的方法

1. channel：用于在goroutine之间传递数据和同步操作。
2. WaitGroup：用于等待一组 goroutine 执行完成后再进行下一步操作。
3. Mutex 和 RWMutex：用于保护共享资源，避免多个 goroutine 同时访问。
4. Atomic：用于对共享资源进行原子操作。

5 为什么goroutine支持高并发

• 协程比线程更小，只有2k，内存里可以有更多的协程处理并发任务
• 协程的上下文切换不用从用户态切换到内核态，而且保存的寄存器更少，所以切换开销更小，效率更高
• go内置了协程调度器，通过gmp模型高效的调度goroutine的运行

二、内存

1 GC垃圾回收：三色标记法和混合写屏障

1.1 三色标记法

1. 在最开始，所有对象的颜色设置成白色
2. 从根节点开始遍历所有对象，将遍历到的对象放进灰色集合
3. 遍历灰色集合，将灰色对象引用的对象变为灰色，遍历之后将本对象标记为黑色
4. 重复第三步，直到灰色中无任何对象
5. 回收所有白色对象。

1.2 混合写屏障

1. GC开始将栈上的对象全部扫描并标记为黑色，之后不再进行第二次重复扫描
2. GC期间，任何在栈上创建的新对象均为黑色
3. 被删除的对象标记为灰色
4. 被添加的对象标记为灰色

1.8版本后为了不造成stop the world，提高回收精度混合写屏障满足弱三色不变式，只需要在开始时并发扫描各个goroutine的栈，使其变黑并一直保持，不需要STW。因为栈在扫描后始终是黑色的，也不需要进行re-scan操作。

强三色不变式

不存在黑色对象引用到白色对象的指针。

弱三色不变式

黑色对象可以引用白色对象，但前提是白色对象存在其他灰色对象对它的引用，或链路上游存在灰色对象。

1.3 GC触发时机

• 主动触发
  调用runtime.GC，阻塞式地等待当前 GC 运行完毕
• 被动触发
  • 距上一次GC的最长时间，默认两分钟
  • 分配的堆大小达到阈值

2 golang是如何做内存管理的

• Golang的内存分配主要基于TC Malloc机制，会缓存一些可分配内存，避免多个线程同时分配和释放锁。
• 垃圾回收机制是：并发标记清除算法，可以在不阻塞线程的的情况下进行垃圾回收
• 通过逃逸分析，编译器在编译时，分析变量是分配在栈上还是堆上，尽量避免不必要的堆分配，优化性能。
  • 较大或复杂对象分配在堆上，由垃圾回收器管理生命周期
  • 局部变量和短生命周期对象分配在栈上，分配和回收效率高。
• 用了内存池技术：提供sync.Pool来复用对象，减少频繁分配和垃圾回收的开销。
• 支持超过1MB的大对象

三、数据结构和关键字

1 mutex

mutex很像操作系统中的PV操作，通过信号量来处理线程中同步与互斥的问题。
S代表剩余资源数。
P代表申请资源，S原子减一，如果减一后S小于0则将自己阻塞起来。
V表示释放资源，S原子++，如果S++后S<=0，表示等待队列上有等待线程，需要将第一个等待的线程唤醒。

1. mutex是一个结构体，提供lock()和unlock()方法。
2. state代表互斥锁的状态，例如是否被锁定。内部实现分成四部分
3. sema表示信号量，等待信号量的协程会阻塞，解锁的协程释放信号量从而唤醒等待信号量的协程

2 channel

• channel是一个用于通信的管道，遵循先进先出。
• 需要用make来初始化channel，可以选择是否有缓冲，无缓冲是同步的。

channel的底层实现

1. 缓冲区是个循环队列，保存队列当前的大小，和队列最大大小
2. 发送者队列和接收者队列，用于存储等待写入或读取数据的 goroutine 的信息；
3. 互斥锁

如果往一个关闭的channel读、写会怎么样

1. 如果写的话，会直接panic。所以永远不要在读端关闭channel，多个写端可以通过context来解决。
2. 如果里边有数据，会拿到数据
3. 如果里边没有数据，会读到零值，可以通过判断ok为false来解决。

使用channel的注意事项

1. channel关闭后的读写问题
2. 无缓冲的channel是同步的，避免阻塞
3. 有缓冲的channel的容量如果满了，发送方会阻塞

3 对map的理解，map有哪些注意事项

1. map是引用类型，将map赋值、传递的时候，用的是引用，而不是副本（内容），多个变量指向的是同一个底层数据结构，对其中一个变量的修改会影响其他变量。
2. map不是线程安全的，可以用互斥锁或者sync.Map
3. map的底层实现使用哈希表来存储元素，迭代顺序不一定
4. 当bucket中平均存储的键值对数量超过6.5（默认是8），或者溢出桶过多。会触发扩容，容量会翻倍。创建新哈希表进行计算、拷贝等，释放旧哈希表内存。
5. 需要使用ok来判断

向map中存储一个kv

通过 k 的 hash 值与 buckets 长度取余，hash值的低八位定位到key在哪一个bucket（桶）中，
hash 值的高8位存储在 bucket 的 tophash[i] 中，用来快速判断key是否存在。
当一个 bucket 满时，通过 overflow 指针链接到下一个 bucket。

sync.Map比加锁的方案好在哪里，底层数据结构是什么样的

• sync.Map比互斥锁快的原理是用空间换时间
• 底层有两个map，read map并发读安全，读操作优先read map，所有写操作直接在dirty map中，read map和dirty map在需要时会进行数据同步。
• 通过读写分离，降低锁时间来提高效率，适用于读多写少的场景

4 对slice的理解

slice和数组的区别

1. 数组(array)的长度是固定的，切片(slice)是可变的
2. 数组是值类型，切片是引用类型。拷贝数组会复制整个数组的内容，复制切片只能复制指针
3. 对slice切片会指向原内存空间，可能出现并发或者内存泄漏问题。通过申请新的内存空间做拷贝来解决

slice扩容规则是什么

1. 如果当前切片长度小于1024，新容量为原来的2倍
2. 当前切片长度大于等于1024，新容量为原来的1.25倍
3. 如果一次扩容后仍无法容纳新增元素，会继续扩容（加法和对齐）
4. 扩容时会将原来的元素复制到新的内存空间，旧的被释放。

5 context

1 context的作用

• 在gorountine之间传递上下文信息。一般用来：超时控制，并发控制。
• context的树形结构可以在不同层级的goroutine之间有效的传递信号。

2 context树的结构

• 树的根是一个空的context（context.Background()或者context.TODO()）
• 需要某个节点是子操作，只需要在声明ctx的时候把父ctx传进去
• 每个节点代表一个新创建的context，可能包含值、取消信号或截止时间
• 树的边代表从父context到子context的继承关系

3 取消操作

• 当需要取消一个操作和所有子操作的时候，通过调用树中某个节点的cancel()函数实现。
• 触发沿树向下传递的取消信号，使所有子节点都能收到取消信号。

4 context树的构建

• context.WithValue，包含键值对，在整个请求范围内传递数据
• context.WithCancle、context.WithDeadline、context.WithTimeout，附加取消信号或截止时间，信号用于在请求被取消或超时时通知子goroutine

6 new和make的区别

• new用于基本数据类型和结构体类型的内存分配，置为初始值
• make适用于引用类型的内存分配，如切片、map和channel等

其他

1 如何在Golang中对性能优化

1. 使用 Golang 的内置工具进行性能分析
2. 减少内存分配。尽可能地重用变量和对象。
3. 减少垃圾收集，减少内存分配也有助于减少垃圾收集。
4. 使用并发处理。
5. 避免使用过多的锁，可以使用读写锁来减少锁的使用
6. 使用适当的数据结构
7. 使用编译器优化。

2 golang中常见的引发panic的情况

1. 往被关闭的channel写数据
2. 关闭已经被关闭的channel
3. 类型断言失败，可以通过判断是否断言成功来避免
4. 数组下标越界
5. 空指针调用
6. 除数是0

3 go defer

• go defer用于注册延迟调用，直到return前才会被执行，
• 主要用来做资源清理、等候全部子协程退出的并发同步控制、释放锁
• 如果有多个defer，按照先进后出的方式执行

4 golang引包为什么用_

如果引入一个包，但是不使用包内部的变量或函数的时候，go编译器会报错，下划线可以避免这种报错。
一般用于实现了init函数的包，或者隐式的调用包的init函数

5 init函数的作用和特点

• init函数用于在启动时做一些初始化操作，没有参数和返回值，可以用来初始化所需的变量、配置或资源，确保程序能够正常运行。
• 特点：
  • 自动调用：程序启动时候会自动调用所有导入包的init函数，不需要显式调用
  • 顺序执行：按照导入包的顺序执行init
  • 可有可无：如果某个包没有init，不会做任何初始化操作
  • 不能被显式调用：只会在程序启动时自动执行
  • 不能有参数和返回值：只执行一些初始化操作