Go语言高频面试题—两个协程交替打印

gopher_looklook
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🐉大家好，我是gopher_looklook，现任某独角兽企业Go语言工程师，喜欢钻研Go源码，发掘各项技术在大型Go微服务项目中的最佳实践，期待与各位小伙伴多多交流，共同进步！

看过Go面经或参加过Go面试的小伙伴应该都碰到过一道很经典的面试手撕题——两个协程交替打印。我以前面试过深信服Golang工程师，当时面试官就让我手撕过这道题，这篇博客和大家探讨一下这道经典面试题的几种解法。

  • 题目描述：使用两个go协程，交替打印26个字母和数字，输出结果: A1B2...Z26。

  • 题目解析：解题关键在于当我们开了两个协程时，如何控制协程1打印一个字母后，暂停执行，通知到协程2打印数字。当协程2打印完数字后，暂停执行，反过来通知到协程1打印下一个字母。

基于上述分析思路，我想到的解题方式有下面几种：

解法一：使用两个channel

  • 代码
package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

// 协程1
func printLetters(ch1, ch2 chan struct{}, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    for i := 'A'; i <= 'Z'; i++ {
       <-ch1
       fmt.Printf("%c", i)
       ch2 <- struct{}{}
    }
    <-ch1
}

// 协程2
func printNumbers(ch1, ch2 chan struct{}, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    for i := 1; i <= 26; i++ {
       <-ch2
       fmt.Printf("%d", i)
       ch1 <- struct{}{}
    }

}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    ch1 := make(chan struct{})
    ch2 := make(chan struct{})

    wg.Add(2)

    go printNumbers(ch1, ch2, &wg)
    go printLetters(ch1, ch2, &wg)

    ch1 <- struct{}{}
    wg.Wait()
}
  • 解析：首先定义两个无缓冲的channel: ch1和ch2。开两个go协程分别循环打印26个字母和数字。在循环体里，每次打印之前，都从无缓冲的channel里读取数据。在未给ch1和ch2传入数据时，两个协程for循环的第一次执行，都会由于无法从无缓冲的channel里获取数据而阻塞。当我们在主函数里执行ch1 <- struct{}{}，协程1的阻塞得以释放，顺利打印出第一个字母。打印完成后，执行ch2 <- struct{}{},此时下一个for循环由于ch1没有数据被阻塞。而协程2由于监听到ch2传入数据，停止阻塞并打印第一个数字。打印完毕后，执行ch1 <- struct{}{},下一次for循环由于ch2没有数据被阻塞，却又释放了协程1，打出第二个字母。以此类推，两个协程循环往复地交替打印着。当打印完最后一个数字26时，ch2不再有协程收发数据(两个for循环都执行完成)，但ch1会最后存入一次数据，所以要在协程1最后，从ch1中最后接收一次数据，避免程序死锁。

解法二：sync.Mutex和sync.Cond

  • 代码
package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

// 协程1
func printLetters(cond *sync.Cond, turn *bool, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    for i := 'A'; i <= 'Z'; i++ {
       cond.L.Lock()
       for !*turn {
          cond.Wait()
       }
       fmt.Printf("%c", i)
       *turn = false
       cond.Signal()
       cond.L.Unlock()
    }
}

// 协程2
func printNumbers(cond *sync.Cond, turn *bool, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    for i := 1; i <= 26; i++ {
       cond.L.Lock()
       for *turn {
          cond.Wait()
       }
       fmt.Printf("%d", i)
       *turn = true
       cond.Signal()
       cond.L.Unlock()
    }
}

func main() {
    var mu sync.Mutex
    var cond = sync.NewCond(&mu)
    var wg sync.WaitGroup
    turn := false

    wg.Add(2)
    // 先设置 turn 为 false 并广播唤醒所有等待的协程
    turn = true
    go printLetters(cond, &turn, &wg)
    //time.Sleep(time.Second)
    go printNumbers(cond, &turn, &wg)

    wg.Wait()
}
  • 解析：这段代码利用到了sync.Cond 可以阻塞/唤醒goroutine的机制。同样定义两个协程，分别打印字母和数字。传入一个共享的控制for循环打印的bool类型参数turn。协程1在turn为true时打印字母，为false时阻塞当前goroutine；协程2在turn为false时打印数字，为true时阻塞当前goroutine。初始化turn为true,之后开始执行两个协程，协程1打印完第一个字母后，修改turn为false，唤醒协程2之后，自身陷入阻塞；协程2打印完第一个数字后，修改turn为true，唤醒协程1之后，自身陷入阻塞。以此类推，两个协程循环往复地交替打印着，达到我们想要的效果。

解法三：select + channel

  • 代码
package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

// 协程1
func printLetters(ch1, ch2 chan struct{}, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    for i := 'A'; i <= 'Z'; i++ {
       select {
       case <-ch1:
          fmt.Printf("%c", i)
          ch2 <- struct{}{}
       }
    }
    <-ch1
}

// 协程2
func printNumbers(ch1, ch2 chan struct{}, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    for i := 1; i <= 26; i++ {
       select {
       case <-ch2:
          fmt.Printf("%d", i)
          ch1 <- struct{}{}
       }
    }
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    ch1 := make(chan struct{})
    ch2 := make(chan struct{})

    wg.Add(2)
    go printLetters(ch1, ch2, &wg)
    go printNumbers(ch1, ch2, &wg)

    ch1 <- struct{}{}

    wg.Wait()
}
  • 解析：解法3和解法1有异曲同工之处，依旧是利用了两个无缓冲channel，阻塞一个时释放另一个，以此达到交替打印的目的。阻塞的方式，则是利用到了select监听channel的能力。任何一个协程的select得以执行时，一定会阻塞当前go协程for循环的执行，完成打印任务后，利用channel释放另一个协程正在阻塞的select操作。

总结

  • 以上就是博主对于两个协程交替打印这道经典面试题的思考和答案。当年面试深信服的时候，博主采用了解法1的形式，还是比较顺利地解答出来了。看到这篇文章的小伙伴们，如果有更好的思路，欢迎在评论区留言和交流！
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