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以下内容来自 Go就业训练营 的提问和答疑。

1. ⼀个T类型的值可以调⽤*T类型声明的⽅法,当且仅当T是可寻址的。(怎么理解可寻址)

可寻址是指能够获取变量的内存地址。

在 Go 语言中,以下类型的值是可寻址的:
  1. 值类型(Value Types):包括基本类型(如整数、浮点数、布尔值等)和结构体(struct)类型。可以通过取地址操作符 & 来获取变量的内存地址。
  2. 数组(Array):数组的元素是值类型,因此数组的元素也是可寻址的。
  3. 切片(Slice):切片是对数组的引用,通过索引操作可以获取切片中的元素的地址。
  4. 指针(Pointer):指针本身就是存储变量内存地址的类型,因此指针是可寻址的。
以下类型的值是不可寻址的:
  1. 常量(Constants):常量是不可变的,因此没有内存地址。
  2. 字符串(String):字符串是不可变的,因此没有内存地址。
  3. 字面量(Literals):字面量是直接使用的常量值,没有对应的变量,因此没有内存地址。

理解可寻址的概念对于理解 Go 语言中方法的调用和接收者的限制非常重要:只有当一个类型是可寻址的,才能够调用该类型的指针接收者方法。这是因为指针接收者方法需要在方法内部修改接收者的状态,而只有可寻址的值才能被修改。

补充说明字符串的特点

  1. 在 Go 语言中,字符串是不可变的,这意味着字符串的值在创建后是不可修改的。虽然字符串的底层是字节数组,但是字符串的不可变性是由 Go 语言的设计决策所决定的。
  2. 字符串的不可寻址性是指不能直接通过索引或指针来修改字符串中的某个字符。虽然字符串的底层是字节数组,但是字符串值本身是只读的,无法通过修改底层字节数组来修改字符串的值。这是为了确保字符串的不可变性和安全性。
  3. 因此,字符串在语言层面上被视为不可寻址的,无法直接修改其中的字符。

2. 三⾊标记法若不被STW保护可能会导致对象丢失,⽩⾊对象被⿊⾊对象引⽤,灰⾊对象对⽩⾊对象的引⽤丢失(为什么需要这个条件),导致对象丢失。

  1. 三色标记法是一种用于垃圾回收的算法,用于标记和回收不再使用的对象。在三色标记法中,对象被标记为三种不同的颜色:白色、灰色和黑色。
  2. 在垃圾回收过程中,白色对象表示未被访问的对象,灰色对象表示正在被访问的对象,黑色对象表示已经被访问并且是可达的对象。
  3. 在三色标记法中,灰色对象对白色对象的引用是非常重要的。这是因为灰色对象表示正在被访问的对象,如果灰色对象对白色对象的引用丢失,那么这个白色对象将无法被访问到,也就无法被正确地标记为可达的对象。如果灰色对象对白色对象的引用丢失,那么在垃圾回收过程中,这个白色对象将被错误地标记为不可达的对象,从而导致对象丢失。这可能会导致内存泄漏或错误地回收仍然可达的对象。
  4. 建议你再好好看下这个教程:[Golang三色标记混合写屏障GC模式全分析
    ](https://learnku.com/articles/68141)
  5. 有哪些不理解的可以看b站对应的视频教程,第9章之后只看文档理解起来可能还是有些吃力的:Golang GC详解视频

3. 逃逸分析相关的问题,堆有时需要加锁:堆上的内存,有时需要加锁防⽌多线程冲突,为什么堆上的内存有时需要加锁?⽽不是⼀直需要加锁呢?

  1. 堆上的内存有时需要加锁是因为堆上的内存是被多个线程共享的,当多个线程同时访问和修改堆上的内存时,可能会发生并发冲突。 为了保证数据的一致性和避免竞态条件,需要对堆上的内存进行加锁。
  2. 然而,并不是所有情况下都需要对堆上的内存进行加锁。加锁会引入额外的开销,并且可能导致性能下降。
  3. 我们可以通过其他方式来避免对堆上的内存进行加锁。例如,可以使用无锁数据结构、使用分段锁或使用事务等技术来减少对堆上内存的竞争,提高并发性能。这些方法可以通过设计合理的数据结构和算法来避免并发冲突,从而不需要对堆上的内存进行加锁。
  4. 最后总结一下:是否需要对堆上的内存进行加锁取决于具体的并发场景和需求。在一些情况下,可以通过其他方式来避免对堆上内存的竞争,提高并发性能。只有在确实存在并发冲突的情况下,才需要对堆上的内存进行加锁来保证数据的一致性和避免竞态条件。

为了让你更好的理解,我再补充一下:

下面这些情况就不需要对堆上的内存加锁:
  1. 只读操作: 如果多个线程只是对堆上的内存进行读取操作,并且没有写操作,那么不需要对堆上的内存进行加锁。只读操作不会引起并发冲突,因此不需要额外的同步措施。
  2. 无共享状态: 如果多个线程之间没有共享状态,即它们访问的是独立的堆上内存,那么也不需要对堆上的内存进行加锁。每个线程操作的是自己独立的内存,不存在并发冲突的问题。
  3. 无竞争条件: 如果多个线程对堆上的内存进行操作,但它们之间没有竞争条件,即它们的操作不会相互干扰或产生不一致的结果,那么也不需要对堆上的内存进行加锁。
  4. 使用无锁数据结构: 如果使用了无锁数据结构,例如原子操作、无锁队列等,这些数据结构本身已经提供了并发安全的操作,不需要额外的加锁。
  5. 以上这些提供了思考的角度,具体是否需要对堆上的内存进行加锁取决于具体的并发场景和需求。

4. 堆内存具体是如何分配的,由谁持有?mcache :线程缓存,mcentral :中央缓存,mheap :堆内存,线程缓存 mcache?

在 Go 语言中,堆内存的分配是由 Go 运行时(runtime)负责管理的。

下面是堆内存分配的一般过程:

  1. 线程缓存(mcache):每个逻辑处理器(P)都有一个线程缓存(mcache),用于存储一些预分配的内存块。线程缓存是每个线程独立拥有的,用于提高内存分配的性能。
  2. 中央缓存(mcentral):中央缓存是全局共享的,用于存储更多的内存块。当线程缓存不足时,会从中央缓存获取更多的内存块。
  3. 堆内存(mheap):如果中央缓存也没有足够的内存块,Go 运行时会从堆内存中获取更多的内存。堆内存是用于存储动态分配的对象的区域。

在堆内存的分配过程中,线程缓存(mcache)被逻辑处理器(P)持有。每个逻辑处理器都有自己的线程缓存,用于存储预分配的内存块。当线程缓存不足时,逻辑处理器会从中央缓存(mcentral)获取更多的内存块。如果中央缓存也不足,逻辑处理器会从堆内存(mheap)中获取更多的内存。

通过这种机制,Go 运行时可以高效地管理和分配堆内存,同时减少对全局锁的竞争。每个逻辑处理器都有自己的线程缓存,从而减少了对共享资源的竞争,提高了并发性能。

5. 编译器通过逃逸分析去选择内存分配到堆或者栈? ⽣命周期不可知的情况有哪些?是发生指针逃逸吗?

  1. 首先第一个提问的理解是正确的。
生命周期不可知的情况包括:
  1. 指针逃逸:当一个指针被返回给函数的调用者、存储在全局变量中或逃逸到堆上时,编译器无法确定指针的生命周期。
  2. 闭包:当一个函数内部定义的闭包引用了外部的变量,并且这个闭包被返回、存储在全局变量中或逃逸到堆上时,编译器无法确定闭包的生命周期。
  3. 并发编程:在并发编程中,如果一个变量被多个 Goroutine 共享访问,并且可能在 Goroutine 之间传递或逃逸到堆上时,编译器无法确定变量的生命周期。

6. 如果生命周期可知,则一定在栈上分配吗? 如果不可知,则认为内存逃逸,必须在堆上分配?

  1. 如果变量的生命周期是完全可知的,编译器会优先将其分配在栈上。 这是因为栈上的内存分配和释放是非常高效的,仅仅需要移动栈指针即可完成。栈上的内存分配是自动管理的,当变量超出作用域时,栈上的内存会自动释放。
  2. 注意:并不是所有生命周期可知的变量都一定在栈上分配。 编译器可能会根据一些其他的因素来决定内存的分配位置。例如,如果变量的大小较大,超过了栈的限制,编译器可能会选择在堆上分配内存。
  3. 后面的提问你的理解是正确的:如果变量的生命周期不可知,编译器会认为它会逃逸到堆上,并在堆上进行分配。逃逸到堆上的变量可以在函数返回后继续被访问,或者被其他函数或 Goroutine 引用。在这种情况下,编译器无法确定变量的生命周期,因此选择在堆上分配内存。
  4. 注意:编译器的具体实现可能会有所不同,不同的编译器可能会有不同的策略来处理内存的分配。因此,虽然生命周期可知的变量通常会在栈上分配,但并不是绝对的规则。编译器会根据具体情况进行优化和决策,以提高程序的性能和效率。

7. mutex和原⼦锁混⽤导致mutex失效的情况和原因?

  1. 重复加锁和解锁:如果在使用 Mutex 和原子锁时混淆了它们的使用,可能会导致重复加锁和解锁的问题。例如,使用 Mutex 加锁后又使用原子锁进行操作,然后再次使用 Mutex 解锁。这种混乱的加锁和解锁顺序可能导致互斥锁的状态不一致,从而使 Mutex 失去了正确的同步效果。
  2. 未正确保护共享资源:Mutex 和原子锁的目的是保护共享资源的访问,但如果在使用它们时没有正确地保护共享资源,也会导致 Mutex 失效。例如,使用 Mutex 加锁后,但在访问共享资源时使用了原子操作而没有使用 Mutex 进行保护,这样其他线程可能会在没有正确同步的情况下访问共享资源。
  3. 不一致的同步策略:Mutex 和原子锁是不同的同步机制,它们有不同的语义和使用方式。如果在同一个代码块或函数中混用了 Mutex 和原子锁,可能会导致不一致的同步策略。例如,一个线程使用 Mutex 加锁后,另一个线程使用原子锁进行操作,这样就无法保证正确的同步和互斥访问。
  4. 竞态条件和数据竞争:混用 Mutex 和原子锁时,如果没有正确地处理竞态条件和数据竞争,也会导致 Mutex 失效。竞态条件是指多个线程对共享资源的访问顺序不确定,可能导致不一致的结果。数据竞争是指多个线程同时访问和修改共享资源,可能导致数据的不确定性和不一致性。
    总结一下也就是:在并发编程中,需要遵循一致的同步策略,正确地使用 Mutex 或原子锁来保护共享资源的访问。混用 Mutex 和原子锁时,需要确保加锁和解锁的顺序正确,并保证所有对共享资源的访问都经过正确的同步机制。

8. Go语言互斥锁的问题,解锁后会发出信号量通知阻塞的协程:若有多个协程阻塞,如何保证只有⼀个协程被唤

醒?若存在饥饿模式如何保证处于饥饿模式的协程优先获得锁?

  1. 在互斥锁的实现中,解锁后会发出信号量通知阻塞的协程,但是并不能保证只有一个协程被唤醒。多个协程可能同时被唤醒,然后竞争互斥锁。这是因为互斥锁的唤醒是由操作系统的调度器来控制的,调度器可能会同时唤醒多个协程。
  2. 为了确保只有一个协程被唤醒,可以结合条件变量(Cond)来实现。条件变量可以与互斥锁一起使用,通过条件变量的 Wait() 和 Signal() 或 Broadcast() 方法来实现协程的唤醒和等待。当互斥锁解锁时,可以使用条件变量的 Signal() 方法来唤醒一个协程,或使用 Broadcast() 方法唤醒所有协程。这样可以确保只有一个或一组协程被唤醒,其他协程仍然保持阻塞状态。
  3. 对于饥饿模式,可以使用公平锁(Fair Mutex)来解决。我在下面给你写了一个代码示例:我们自定义了一个 FairMutex 结构体,其中使用了 sync.Cond 来实现条件变量。公平锁会按照请求的顺序来分配锁,确保等待时间最长的协程优先获得锁,从而避免饥饿问题。
  4. 在 FairMutex 的 Lock() 方法中,使用了 for 循环来等待锁的释放,确保只有一个协程被唤醒。当锁被解锁时,使用条件变量的 Signal() 方法来唤醒一个协程,而其他协程仍然保持阻塞状态。
示例代码
package main  
  
import (  
"fmt"  
"sync"  
)  
  
type FairMutex struct {  
mu sync.Mutex  
cond *sync.Cond  
isLocked bool  
}  
  
func NewFairMutex() *FairMutex {  
return &FairMutex{  
cond: sync.NewCond(&sync.Mutex{}),  
isLocked: false,  
}  
}  
  
func (fm *FairMutex) Lock() {  
fm.mu.Lock()  
defer fm.mu.Unlock()  
  
for fm.isLocked {  
fm.cond.Wait()  
}  
fm.isLocked = true  
}  
  
func (fm *FairMutex) Unlock() {  
fm.mu.Lock()  
defer fm.mu.Unlock()  
  
fm.isLocked = false  
fm.cond.Signal()  
}  
  
func main() {  
fm := NewFairMutex()  
  
var wg sync.WaitGroup  
for i := 0; i < 5; i++ {  
wg.Add(1)  
go func(id int) {  
fm.Lock()  
defer fm.Unlock()  
  
fmt.Printf("Goroutine %d acquired the lock\n", id)  
// Do some work...  
fmt.Printf("Goroutine %d released the lock\n", id)  
  
wg.Done()  
}(i)  
}  
  
wg.Wait()  
}  
运行结果

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最后祝大家新年快乐,龙年大吉,放假了好好休息,咱们明年继续战斗!


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