golang 面试总结

作者: lincoln_hlf1 | 来源:发表于2022-02-08 23:28 被阅读0次

前言

前段时间找工作搜索 golang 面试题时，发现都是比较零散或是基础的题目，覆盖面较小。而自己也在边面试时边总结了一些知识点，为了方便后续回顾，特此整理了一下。

1. 相比较于其他语言, Go 有什么优势或者特点？

Go 允许跨平台编译，编译出来的是二进制的可执行文件，直接部署在对应系统上即可运行。
Go 在语言层次上天生支持高并发，通过 goroutine 和 channel 实现。channel 的理论依据是 CSP 并发模型，即所谓的通过通信来共享内存；Go 在 runtime 运行时里实现了属于自己的调度机制：GMP，降低了内核态和用户态的切换成本。
Go 的代码风格是强制性的统一，如果没有按照规定来，会编译不通过。

2. Golang 里的 GMP 模型？

GMP 模型是 golang 自己的一个调度模型，它抽象出了下面三个结构：

G： 也就是协程 goroutine，由 Go runtime 管理。我们可以认为它是用户级别的线程。
P： processor 处理器。每当有 goroutine 要创建时，会被添加到 P 上的 goroutine 本地队列上，如果 P 的本地队列已满，则会维护到全局队列里。
M： 系统线程。在 M 上有调度函数，它是真正的调度执行者，M 需要跟 P 绑定，并且会让 P 按下面的原则挑出个 goroutine 来执行：

优先从 P 的本地队列获取 goroutine 来执行；如果本地队列没有，从全局队列获取，如果全局队列也没有，会从其他的 P 上偷取 goroutine。

3. goroutine 的协程有什么特点，和线程相比？

goroutine 非常的轻量，初始分配只有 2KB，当栈空间不够用时，会自动扩容。同时，自身存储了执行 stack 信息，用于在调度时能恢复上下文信息。

而线程比较重，一般初始大小有几 MB(不同系统分配不同)，线程是由操作系统调度，是操作系统的调度基本单位。而 golang 实现了自己的调度机制，goroutine 是它的调度基本单位。

4. Go 的垃圾回收机制？

Go 采用的是三色标记法，将内存里的对象分为了三种：

白色对象：未被使用的对象；
灰色对象：当前对象有引用对象，但是还没有对引用对象继续扫描过；
黑色对象，对上面提到的灰色对象的引用对象已经全部扫描过了，下次不用再扫描它了。

当垃圾回收开始时，Go 会把根对象标记为灰色，其他对象标记为白色，然后从根对象遍历搜索，按照上面的定义去不断的对灰色对象进行扫描标记。当没有灰色对象时，表示所有对象已扫描过，然后就可以开始清除白色对象了。

5. go 的内存分配是怎么样的？

Go 的内存分配借鉴了 Google 的 TCMalloc 分配算法，其核心思想是内存池 + 多级对象管理。内存池主要是预先分配内存，减少向系统申请的频率；多级对象有：mheap、mspan、arenas、mcentral、mcache。它们以 mspan 作为基本分配单位。具体的分配逻辑如下：

当要分配大于 32K 的对象时，从 mheap 分配。
当要分配的对象小于等于 32K 大于 16B 时，从 P 上的 mcache 分配，如果 mcache 没有内存，则从 mcentral 获取，如果 mcentral 也没有，则向 mheap 申请，如果 mheap 也没有，则从操作系统申请内存。
当要分配的对象小于等于 16B 时，从 mcache 上的微型分配器上分配。

6. channel 的内部实现是怎么样的？

channel 内部维护了两个 goroutine 队列，一个是待发送数据的 goroutine 队列，另一个是待读取数据的 goroutine 队列。

每当对 channel 的读写操作超过了可缓冲的 goroutine 数量，那么当前的 goroutine 就会被挂到对应的队列上，直到有其他 goroutine 执行了与之相反的读写操作，将它重新唤起。

7. 对已经关闭的 channel 进行读写，会怎么样？

当 channel 被关闭后，如果继续往里面写数据，程序会直接 panic 退出。如果是读取关闭后的 channel，不会产生 pannic，还可以读到数据。但关闭后的 channel 没有数据可读取时，将得到零值，即对应类型的默认值。

为了能知道当前 channel 是否被关闭，可以使用下面的写法来判断。

    if v, ok := <-ch; !ok {
        fmt.Println("channel 已关闭，读取不到数据")
    }

还可以使用下面的写法不断的获取 channel 里的数据：

    for data := range ch {
        // get data dosomething
    }

这种用法会在读取完 channel 里的数据后就结束 for 循环，执行后面的代码。

8. map 为什么是不安全的？

map 在扩缩容时，需要进行数据迁移，迁移的过程并没有采用锁机制防止并发操作，而是会对某个标识位标记为 1，表示此时正在迁移数据。如果有其他 goroutine 对 map 也进行写操作，当它检测到标识位为 1 时，将会直接 panic。

如果我们想要并发安全的 map，则需要使用 sync.map。

9. map 的 key 为什么得是可比较类型的？

map 的 key、value 是存在 buckets 数组里的，每个 bucket 又可以容纳 8 个 key 和 8 个 value。当要插入一个新的 key - value 时，会对 key 进行 hash 运算得到一个 hash 值，然后根据 hash 值的低几位(取几位取决于桶的数量，比如一开始桶的数量是 5，则取低 5 位)来决定命中哪个 bucket。

在命中某个 bucket 后，又会根据 hash 值的高 8 位来决定是 8 个 key 里的哪个位置。如果不巧，发生了 hash 冲突，即该位置上已经有其他 key 存在了，则会去其他空位置寻找插入。如果全都满了，则使用 overflow 指针指向一个新的 bucket，重复刚刚的寻找步骤。

从上面的流程可以看出，在判断 hash 冲突，即该位置是否已有其他 key 时，肯定是要进行比较的，所以 key 必须得是可比较类型的。像 slice、map、function 就不能作为 key。

10. mutex 的正常模式、饥饿模式、自旋？

正常模式

当 mutex 调用 Unlock() 方法释放锁资源时，如果发现有正在阻塞并等待唤起的 Goroutine 队列时，则会将队头的 Goroutine 唤起。队头的 goroutine 被唤起后，会采用 CAS 这种乐观锁的方式去修改占有标识位，如果修改成功，则表示占有锁资源成功了，当前占有成功的 goroutine 就可以继续往下执行了。

饥饿模式

由于上面的 Goroutine 唤起后并不是直接的占用资源，而是使用 CAS 方法去尝试性占有锁资源。如果此时有新来的 Goroutine，那么它也会调用 CAS 方法去尝试性的占有资源。对于 Go 的并发调度机制来讲，会比较偏向于 CPU 占有时间较短的 Goroutine 先运行，即新来的 Goroutine 比较容易占有资源，而队头的 Goroutine 一直占用不到，导致饿死。

针对这种情况，Go 采用了饥饿模式。即通过判断队头 Goroutine 在超过一定时间后还是得不到资源时，会在 Unlock 释放锁资源时，直接将锁资源交给队头 Goroutine，并且将当前状态改为饥饿模式。

后面如果有新来的 Goroutine 发现是饥饿模式时，则会直接添加到等待队列的队尾。

自旋

如果 Goroutine 占用锁资源的时间比较短，那么每次释放资源后，都调用信号量来唤起正在阻塞等候的 goroutine，将会很浪费资源。

因此在符合一定条件后，mutex 会让等候的 Goroutine 去空转 CPU，在空转完后再次调用 CAS 方法去尝试性的占有锁资源，直到不满足自旋条件，则最终才加入到等待队列里。

11. Go 的逃逸行为是指？

在传统的编程语言里，会根据程序员指定的方式来决定变量内存分配是在栈还是堆上，比如声明的变量是值类型，则会分配到栈上，或者 new 一个对象则会分配到堆上。

在 Go 里变量的内存分配方式则是由编译器来决定的。如果变量在作用域（比如函数范围）之外，还会被引用的话，那么称之为发生了逃逸行为，此时将会把对象放到堆上，即使声明为值类型；如果没有发生逃逸行为的话，则会被分配到栈上，即使 new 了一个对象。

12 context 使用场景及注意事项

Go 里的 context 有 cancelCtx 、timerCtx、valueCtx。它们分别是用来通知取消、通知超时、存储 key - value 值。context 的注意事项如下：

context 的 Done() 方法往往需要配合 select {} 使用，以监听退出。
尽量通过函数参数来暴露 context，不要在自定义结构体里包含它。
WithValue 类型的 context 应该尽量存储一些全局的 data，而不要存储一些可有可无的局部 data。
context 是并发安全的。
一旦 context 执行取消动作，所有派生的 context 都会触发取消。

13. context 是如何一层一层通知子 context

当 ctx, cancel := context.WithCancel(父Context)时，会将当前的 ctx 挂到父 context 下，然后开个 goroutine 协程去监控父 context 的 channel 事件，一旦有 channel 通知，则自身也会触发自己的 channel 去通知它的子 context，关键代码如下

go func() {
            select {
            case <-parent.Done():
                child.cancel(false, parent.Err())
            case <-child.Done():
            }
    }()

14. waitgroup 原理

waitgroup 内部维护了一个计数器，当调用 wg.Add(1) 方法时，就会增加对应的数量；当调用 wg.Done() 时，计数器就会减一。直到计数器的数量减到 0 时，就会调用
runtime_Semrelease 唤起之前因为 wg.Wait() 而阻塞住的 goroutine。

15. sync.Once 原理

内部维护了一个标识位，当它 == 0 时表示还没执行过函数，此时会加锁修改标识位，然后执行对应函数。后续再执行时发现标识位 != 0，则不会再执行后续动作了。关键代码如下：

type Once struct {
    done uint32
    m    Mutex
}

func (o *Once) Do(f func()) {
    // 原子加载标识值，判断是否已被执行过
    if atomic.LoadUint32(&o.done) == 0 {
        o.doSlow(f)
    }
}

func (o *Once) doSlow(f func()) { // 还没执行过函数
    o.m.Lock()
    defer o.m.Unlock()
    if o.done == 0 { // 再次判断下是否已被执行过函数
        defer atomic.StoreUint32(&o.done, 1) // 原子操作：修改标识值
        f() // 执行函数
    }
}

16. 定时器原理

一开始，timer 会被分配到一个全局的 timersBucket 时间桶。每当有 timer 被创建出来时，就会被分配到对应的时间桶里了。

为了不让所有的 timer 都集中到一个时间桶里，Go 会创建 64 个这样的时间桶，然后根据当前 timer 所在的 Goroutine 的 P 的 id 去哈希到某个桶上：

// assignBucket 将创建好的 timer 关联到某个桶上
func (t *timer) assignBucket() *timersBucket {
    id := uint8(getg().m.p.ptr().id) % timersLen
    t.tb = &timers[id].timersBucket
    return t.tb
}

接着 timersBucket 时间桶将会对这些 timer 进行一个最小堆的维护，每次会挑选出时间最快要达到的 timer。如果挑选出来的 timer 时间还没到，那就会进行 sleep 休眠；如果 timer 的时间到了，则执行 timer 上的函数，并且往 timer 的 channel 字段发送数据，以此来通知 timer 所在的 goroutine。

17. gorouinte 泄漏有哪些场景

gorouinte 里有关于 channel 的操作，如果没有正确处理 channel 的读取，会导致 channel 一直阻塞住, goroutine 不能正常结束

18. Slice 注意点

Slice 的扩容机制

如果 Slice 要扩容的容量大于 2 倍当前的容量，则直接按想要扩容的容量来 new 一个新的 Slice，否则继续判断当前的长度 len，如果 len 小于 1024，则直接按 2 倍容量来扩容，否则一直循环新增 1/4，直到大于想要扩容的容量。主要代码如下：

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

除此之外，还会根据 slice 的类型做一些内存对齐的调整，以确定最终要扩容的容量大小。

Slice 的一些注意写法


// =========== 第一种

a := make([]string, 5)
fmt.Println(len(a), cap(a))   //  输出5   5

a = append(a, "aaa")
fmt.Println(len(a), cap(a))   // 输出6  10


// 总结： 由于make([]string, 5) 则默认会初始化5个 空的"", 因此后面 append 时，则需要2倍了


// =========== 第二种
a:=[]string{}
fmt.Println(len(a), cap(a))   //  输出0   0

a = append(a, "aaa")
fmt.Println(len(a), cap(a))   // 输出1  1

// 总结：由于[]string{}, 没有其他元素， 所以append 按 需要扩容的 cap 来

// =========== 第三种
a := make([]string, 0, 5)
fmt.Println(len(a), cap(a))   //  输出0   5

a = append(a, "aaa")
fmt.Println(len(a), cap(a))   // 输出1  5

// 总结：注意和第一种的区别，这里不会默认初始化5个，所以后面的append容量是够的，不用扩容

// =========== 第四种
b := make([]int, 1, 3)
a := []int{1, 2, 3}
copy(b, a)

fmt.Println(len(b))  // 输出1

// 总结：copy 取决于较短 slice 的 len, 一旦最小的len结束了，也就不再复制了

range slice

以下代码的执行是不会一直循环下去的，原因在于 range 的时候会 copy 这个 slice 上的 len 属性到一个新的变量上，然后根据这个 copy 值去遍历 slice，因此遍历期间即使 slice 添加了元素，也不会改变这个变量的值了。

v := []int{1, 2, 3}
for i := range v {
    v = append(v, i)
}

另外，range 一个 slice 的时候是进行一个值拷贝的，如果 slice 里存储的是指针集合，那在遍历里修改是有效的，如果 slice 存储的是值类型的集合，那么就是在 copy 它们的副本，期间的修改也只是在修改这个副本，跟原来的 slice 里的元素是没有关系的。

slice 入参注意点

如果 slice 作为函数的入参，通常希望对 slice 的操作可以影响到底层数据，但是如果在函数内部 append 数据超过了 cap，导致重新分配底层数组，这时修改的 slice 将不再是原来入参的那个 slice 了。因此通常不建议在函数内部对 slice 有 append 操作，若有需要则显示的 return 这个 slice。

19. make 和 new 的区别

new 是返回某个类型的指针，将会申请某个类型的内存。而 make 只能用于 slice, map, channel 这种 golang 内部的数据结构，它们可以只声明不初始化，或者初始化时指定一些特定的参数，比如 slice 的长度、容量；map 的长度；channel 的缓冲数量等。

20. defer、panic、recover 三者的用法

defer 函数调用的顺序是后进先出，当产生 panic 的时候，会先执行 panic 前面的 defer 函数后才真的抛出异常。一般的，recover 会在 defer 函数里执行并捕获异常，防止程序崩溃。

package main

import "fmt"

func main() {
    defer func(){
       fmt.Println("b")
    }()

    defer func() {
       if err := recover(); err != nil {
            fmt.Println("捕获异常:", err)
        }
    }()

    panic("a")
}

// 输出
// 捕获异常: a
// b

21 slice 和 array 的区别

array 是固定长度的数组，并且是值类型的，也就是说是拷贝复制的， slice 是一个引用类型，指向了一个动态数组的指针，会进行动态扩容。

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