Golang面试题整理

1、make和new区别？

make和new都是go的内置函数（builtin包下）。

func new(Type) *Type：内建函数new分配内存。其第一个实参为类型，而非值。其返回值为指向该类型的新分配的零值的指针。

func make(Type, size IntegerType) Type：内建函数make分配并初始化一个类型为切片slice、映射map、或通道channel的对象。其第一个实参为类型，而非值。make的返回类型与其参数相同，而非指向它的指针。其具体结果取决于具体的类型：

切片：size指定了其长度。该切片的容量等于其长度。切片支持第二个整数实参可用来指定不同的容量；
     它必须不小于其长度，因此 make([]int, 0, 10) 会分配一个长度为0，容量为10的切片。
映射：初始分配的创建取决于size，但产生的映射长度为0。size可以省略，这种情况下就会分配一个
     小的起始大小。
通道：通道的缓存根据指定的缓存容量初始化。若 size为零或被省略，该信道即为无缓存的。

new 只分配内存；make 只能用于 slice、map 和 channel 的初始化。

2、Go的内存管理？

内存管理会有两个问题：1）内存碎片——提高内存利用率。2）多线程——稳定性，效率问题。

内存划分：

• arena即所谓的堆区，应用中所需的内存从这里分配，大小为512G，为了方便管理把arena区域划分成一个个的page，每个page为8KB,一共有512GB/8KB个页。
• spans区域存放span的指针，每个指针对应一个page，所以span区域的大小为(512GB/8KB) * 指针大小8byte = 512M
• bitmap区域大小也是通过arena计算出来512GB / (指针大小(8 byte) * 8 / 2) = 16G，用于表示arena区域中哪些地址保存了对象, 并且对象中哪些地址包含了指针，主要用于GC。

span是内存管理的基本单位，每个span用来管子特定的size class对象，根据size class，span将若干个页分成块进行管理。

stack：Go语言中，每个goroutine采用动态扩容方式，初始2KB，按需增长，最大1G。此外GC会收缩栈空间。

BTW，增长扩容都是有代价的，需要copy数据到新的stack，所以初始2KB可能有些性能问题。

Cache：从上面我们知道go通过span来分配内存，那在哪里用span？每个P都有mcache，通过mcache管理每个G需要的内存。

alloc是span数组，长度是67 << 1，说明每种size class有2组元素。第一组span对象中包含了指针，叫做scan，表示需要gc scan；第二组没有指针，叫做noscan。提高gc scan性能。

mcache初始没有span，G先从central动态申请span，并缓存在cache。

Central——从central获取span步骤如下: 加锁 —> 从nonempty列表获取一个可用span，并将其从链表中删除 —> 将取出的span放入empty链表 —> 将span返回给线程 —> 解锁 —> 线程将该span缓存进cache。span归还步骤：加锁 —> 将span从empty链表删除 —>  将span加入nonempty列表 —> 将span返回给线程 —> 解锁。

heap：central只管理特定的size class span，所以必然有一个更上层的数据结构，管理所有的sizeclass central，这就是heap。

Go的内存分配核心思想

Go是内置运行时的编程语言(runtime)，像这种内置运行时的编程语言通常会抛弃传统的内存分配方式，改为自己管理。这样可以完成类似预分配、内存池等操作，以避开系统调用带来的性能问题，防止每次分配内存都需要系统调用。

Go的内存分配的核心思想可以分为以下几点：

• 每次从操作系统申请一大块儿的内存，由Go来对这块儿内存做分配，减少系统调用。
• 内存分配算法采用Google的 TCMalloc算法。算法比较复杂，究其原理可自行查阅。其核心思想就是把内存切分的非常的细小，分为多级管理，以降低锁的粒度。
• 回收对象内存时，并没有将其真正释放掉，只是放回预先分配的大块内存中，以便复用。只有内存闲置过多的时候，才会尝试归还部分内存给操作系统，降低整体开销。

参考：图解golang内存分配机制 （转） - 孤独信徒 - 博客园

2、调用一个函数，它需要传入一个结构体的话，它传指针还是传值？哪个更好？

函数传递指针不一定比传值效率高。传递指针可以减少底层值的拷贝，可以提高效率，但是如果拷贝的数据量小，由于指针传递会产生逃逸，可能会使用堆，也可能会增加GC的负担，所以传递指针不一定是高效的。

所有对象默认都在栈中，当有下列情况时，对象逃逸到堆中：

1. 对象作为函数的返回值返回，包括指针和值类型
2. 对象申请的空间过大
3. 对象申请空间未知
4. 闭包

3、指针逃逸分析的作用？

在编译原理中，分析指针动态范围的方法称之为逃逸分析。通俗来讲，当一个对象的指针被多个方法或线程引用时，我们称这个指针发生了“逃逸”。

• 逃逸分析的好处是为了减少gc的压力，不逃逸的对象分配在栈上，当函数返回时就回收了资源，不需要gc标记清除。
• 逃逸分析完后可以确定哪些变量可以分配在栈上，栈的分配比堆快，性能好(逃逸的局部变量会在堆上分配 ,而没有发生逃逸的则有编译器在栈上分配)。
• 同步消除，如果你定义的对象的方法上有同步锁，但在运行时，却只有一个线程在访问，此时逃逸分析后的机器码，会去掉同步锁运行。

逃逸总结：

• 栈上分配内存比在堆中分配内存有更高的效率。

• 栈上分配的内存不需要GC处理。

• 堆上分配的内存使用完毕会交给GC处理。

• 逃逸分析目的是决定内分配地址是栈还是堆。

• 逃逸分析在编译阶段完成。

4、Linux操作系统中线程有哪几种模型？

Linux多线程模型 - 知乎

5、Go垃圾回收，stop the world。

Stop the world：停止程序意味着停止所有正在运行的 goroutine。

1. 抢占所有正在运行的 goroutine。一旦 goroutine 被抢占，它们将在安全点停止。同时，P 处理器将（正在运行的代码或在空闲列表）被标记为已停止，以不运行任何代码。
2. Go 调度程序将运行，将每个 M 与其 P 各自分离，并将其放入空闲列表中。关于在每个M上运行的 goroutine，它们将在全局队列GRQ中等待。
3. 一旦世界停止了，只有唯一活动的 goroutine 才能安全地运行，并在工作完成后启动整个世界。

6、PMG模型。

P：processor ，代表一个逻辑处理器，也就是执行代码的上下文环境。

M：machine ，代表一个内核线程（OS线程），这个线程是操作系统来处理的，操作系统负责把它放置到一个 core 上去执行。

G：goroutine ，代表一个并发的代码片段。

 简而言之，P 在 M 上执行 G 。

LRQ：Local RunQueue，本地等待运行的 G，存的数量有限，不超过 256 个。如果队列满了，则会把本地队列中一半的 G 移动到全局队列。

GRQ：Global RunQueue，存放等待运行的 G，LRQ都满了的时候，会放入GRQ。其中，LRQ 不加锁，GRQ加锁。

Network poller：同步调度。

线程状态：

• 等待（Waiting）：线程停止并等待被唤醒。可能发生的原因有，等待硬件(硬盘、网络)，操作系统(系统调用) 或者是同步调用(atomic,mutexes)。这些情况是导致性能问题的根源。
• 可运行（Runnable）：线程想要占用内核上的cpu时间来执行分配给线程的指令。如果你有许多线程想要cpu时间，线程必须要等一段时间才能取到cpu时间。随着更多线程争用cpu时间，线程分配的cpu时间会更短。这种情况下的调度延时也会造成性能问题。
• 执行中（Executing）：此时线程已经置于内核中，并且正在执行它的机器指令。应用程序的相关内容正在被处理。

线程的工作类型：

• CPU密集型(cpu-bound):这种工作下，线程永远不会被置换到等待(waiting)状态。这种一般是进行持续性的cpu计算工作。比如计算Pi这种的就是cpu密集型工作。

• IO密集型(io-bound)：这种工作会让线程进入到等待(waiting)状态。这种情况线程会持续的请求资源（比如网络资源）或者是对操作系统进行系统调用。线程需要访问数据库的情况就是IO密集型工作。同步事件(例如mutexes、atomic)。

参考链接：理解golang调度之一 ：操作系统调度 - 掘金

7、线程有继承关系吗？——没有，只有组合。

package main
 
import(
	"fmt"
)
 
type Human struct{
	name string
}
 
func(h Human)Dowork(){
	fmt.Println(h.name + "work")
}
 
func(h Human)Happy(){
	fmt.Println(h.name + "happy")
}
 
type Father interface{
	Dowork()
}
 
type Son interface{
	Father
	Happy()
}
 
func main(){
	human1 := Human{name:"张三丰"}
	human2 := Human{name:"张三"}
 
	father := human1
	son := human2
	father.Dowork()
	son.Happy()
	son.Dowork()
}

8、什么是token认证方式？

在web应用的开发过程中，我们往往还会使用另外一种认证方式进行身份验证，那就是：Token认证。基于Token的身份验证是无状态，不需要将用户信息服务存在服务器或者session中。

基于Token认证的身份验证主要过程是：客户端在发送请求前，首先向服务器发起请求，服务器返回一个生成的token给客户端。客户端将token保存下来，用于后续每次请求时，携带着token参数。服务端在进行处理请求之前，会首先对token进行验证，只有token验证成功了，才会处理并返回相关的数据。

客户端的token存在cookies里。

9、go语言反射原理？

Go反射的实现和interface和unsafe.Pointer密切相关。

先看interface的底层实现：Go的interface是由两种类型来实现的： iface和 eface。

无函数的eface结构：一共有两个属性构成，一个是类型信息 _type，一个是数据信息。其中， _type可以认为是Go语言中所有类型的公共描述，Go语言中几乎所有的数据结构都可以抽象成 _type，是所有类型的表现，可以说是万能类型， data是指向具体数据的指针。

有函数的iface结构：itab是确定唯一的包含方法的interface的具体结构类型，data是指向具体方法集的指针。

Go语言中，每个变量都有唯一个静态类型（static interface type），这个类型是编译阶段就可以确定的。有的变量可能除了静态类型之外，还会有动态混合类型（dynamic concrete type）。

Go的反射法则：

• 给定一个数据对象，可以将数据对象转化为反射对象Type和Value。
• 给定的反射对象，可以转化为某种类型的数据对象。即法则一的逆向。
• 通过反射对象，可以修改原数据中的内容。

Go的反射原理：在运行时，能够动态知道给定数据对象的类型和结构，并有机会修改它！

10、select有哪些特性？

select是Go语言中的一个控制语句，只用来操作的channel的读写操作（I/O操作）。

备注：golang 的 select 本质上，就是监听 IO 操作，当 IO 操作发生时，触发相应的动作。也是常用的多路复用的一种，例如poll, epoll。

select 的特性：

1. 如果只有一个 case 语句评估通过，那么就执行这个case里的语句
2. 如果有多个 case 语句评估通过，那么通过伪随机的方式随机选一个
3. 如果 default 外的 case 语句都没有通过评估，那么执行 default 里的语句
4. 如果没有 default，那么 代码块会被阻塞，直到有一个 case 通过评估；否则一直阻塞

应用场景：

1. 实现非阻塞读写操作。——如果 default 外的 case 语句都没有通过评估，那么执行 default 里的语句
2. 为请求设置超时时间。
3. 调度协程，控制其他协程的退出或者完成。

底层实现是创建select —> 注册case —> 执行case —> 释放select。结构体select如下（runtime/select.go），

type hselect struct {
    tcase     uint16   // total count of scase[]      总的case数目
    ncase     uint16   // currently filled scase[]    目前已经注册的case数目     
    pollorder *uint16  // case poll order             【超重要】 轮询的case序号
    lockorder *uint16  // channel lock order          【超重要】chan的锁定顺序
    // case 数组，为了节省一个指针的 8 个字节搞成这样的结构
    // 实际上要访问后面的值，还是需要进行指针移动
    // 指针移动使用 runtime 内部的 add 函数
    scase     [1]scase // one per case (in order of appearance)  【超重要】保存当前case操作的chan (按照轮询顺序)
}
 
/**
select 中每一个case的定义
*/
type scase struct {
	elem        unsafe.Pointer // data element                           数据指针
	c           *hchan         // chan                                   当前case所对应的chan引用
	pc          uintptr        // return pc (for race detector / msan)   和汇编中的pc同义，表示 程序计数器，用于指示当前将要执行的下一条机器指令的内存地址
	kind        uint16         // 通道的类型
	receivedp   *bool // pointer to received bool, if any
	releasetime int64
}

参考链接：【我的架构师之路】- golang源码分析之select的底层实现_GavinXujiacan的博客-CSDN博客

select和poll、epoll区别：

• select：select具有O(n)的无差别轮询复杂度。
• poll：本质上和select没有区别。它将用户传入的数组拷贝到内核空间，然后查询每个fd（file descriptor，文件描述符是内核为了高效管理已被打开的文件所创建的索引）对应的设备状态， 但是它没有最大连接数的限制，原因是它是基于链表来存储的。
• epoll：epoll可以理解为event poll，不同于忙轮询和无差别轮询，epoll会把哪个流发生了怎样的I/O事件通知我们。所以我们说epoll实际上是事件驱动（每个事件关联上fd）的，此时我们对这些流的操作都是有意义的。（复杂度降低到了O(1)）

参考链接：select、poll、epoll之间的区别(搜狗面试) - aspirant - 博客园

11、互斥体和饥饿问题？

参考链接：https://www.jianshu.com/p/9f4376fbbe5c

12、多核情况下如何保证Cache的数据一致性？

MESI缓存一致性协议，每个缓存行都用2个bit表示四种状态，修改状态Modified，独占状态Exclusive，共享状态Shared，失效状态Invalid。

• 修改状态：代表该缓存行中的内容被修改了，并且该缓存行只被缓存在该CPU中。这个状态的缓存行中的数据和内存中的不一样，在未来的某个时刻它会被写入到内存中。
• 独占状态：缓存行对应内存中的内容只被该CPU缓存，其他CPU没有缓存该缓存对应内存行中的内容。
• 共享状态：缓存行中的数据不止存在本地CPU缓存中，还存在别的CPU的缓存中。这个状态的数据和内存中的数据是一致的。当有一个CPU修改该缓存行对应的内存的内容时会使该缓存行变成 失效状态。
• 失效状态：该缓存行中的内容时无效的。

比如说，当CPU的某个内核Core加载某一个数据到Cache1里时，这个缓存行的状态就是独占状态，然后内核对数据做了修改，这里缓存行的状态就是修改状态。如果有另外一个内核读相同的数据时，Cache1监测到另外一个内核读取了数据，这时候缓存行的状态就变成了共享状态。在共享状态下，如果自己内核对数据做修改，那自己的缓存行就变成修改状态，其他所有缓存行变成失效状态。

13、实现一个dog、cat、fish循环输出程序。三个通道，利用dogCh->catCh->fishCh->dogCh->...->fishch控制顺序，WaitGroup等待这组的三个线程结束。

package main
 
import(
	"fmt"
	"sync"
	"sync/atomic"
)
 
const num = 10
 
func main(){
	var wg sync.WaitGroup
	var dogCount uint64
	var catCount uint64
	var fishCount uint64
 
	dogCh := make(chan struct{}, 1)
	catCh := make(chan struct{}, 1)
	fishCh := make(chan struct{}, 1)
 
	wg.Add(3)
	go dog(&wg, dogCount, dogCh, catCh)
	go cat(&wg, catCount, catCh, fishCh)
	go fish(&wg, fishCount, fishCh, dogCh)
	dogCh <- struct{}{}
 
	wg.Wait()
}
 
func dog(wg *sync.WaitGroup, count uint64, dogCh chan struct{}, catCh chan struct{}){
	for{
		if count>=uint64(num) {
			wg.Done()
			return
		}
		<- dogCh
		fmt.Println("dog")
		atomic.AddUint64(&count, 1)
		catCh <- struct{}{}
	}
}
 
func cat(wg *sync.WaitGroup, count uint64, catCh chan struct{}, fishCh chan struct{}){
	for{
		if count>=uint64(num) {
			wg.Done()
			return
		}
		<- catCh
		fmt.Println("cat")
		atomic.AddUint64(&count, 1)
		fishCh <- struct{}{}
	}
}
 
func fish(wg *sync.WaitGroup, count uint64, fishCh chan struct{}, dogCh chan struct{}){
	for{
		if count>=uint64(num) {
			wg.Done()
			return
		}
		<- fishCh
		fmt.Println("fish")
		atomic.AddUint64(&count, 1)
		dogCh <- struct{}{}
	}
}

14、golang中channel底层如何实现？

结构体为hchan

type hchan struct {
	qcount   uint           // total data in the queue
	dataqsiz uint           // size of the circular queue
	buf      unsafe.Pointer // 是有缓冲的channel所特有的结构，用来存储缓存数据。是个循环链表
	elemsize uint16
	closed   uint32
	elemtype *_type // element type
	sendx    uint   // 用于记录buf这个循环链表中的发送index
	recvx    uint   // 用于记录buf这个循环链表中的接收index
	recvq    waitq  // 接收(<-channel)的goroutine抽象出来的结构体(sudog)的队列。是个双向链表
	sendq    waitq  // 发送(channel <- xxx)的goroutine抽象出来的结构体(sudog)的队列。
	lock mutex      // lock是个互斥锁
}

1. chan是分配在堆上的
2. 创建channel实际上就是在内存中实例化了一个hchan的结构体，并返回一个ch指针，我们使用过程中channel在函数之间的传递都是用的这个指针（channel本身就是一个指针），使用 make 内建函数返回的就是指针。

goroutine 是一种用户级线程，由 Go 运行时系统来创建和管理，而不是操作系统。相较于操作系统的线程更加轻量级。一个 OS thread 对应对个 goroutine。这便是 Go 语言的 M:N 调度模型。

channel的使用及原理：

• 使用锁保证并发安全
• 采用 FIFO 先进先出策略存储
• 以 sudog 结构体类型存储阻塞的 goroutine 作为队列节点
• 通过 gopark，goready 来呼叫（calls into）运行时调度器

参考链接：Go Chanel 使用与原理 一 - Go语言中文网 - Golang中文社区

参考链接：深入详解Go的channel底层实现原理【图解】 - 腾讯云开发者社区-腾讯云

15、进程通信方式有哪7种？

• 1）管道——半双工，父子进程关系；2）命名管道FIFO——半双工；3）消息队列；4）共享内存——IPC（Inter-Process Communication）方式，两个进程通过页表将虚拟地址映射到物理地址时，物理地址中共同的内存区即共享内存，使用信号量实现同步与互斥；5）信号量——计数器，主要作为进程间和同一进程不同线程的同步；6）套接字；7）信号Signal

16、Mutex互斥锁底层原理？

Mutex互斥锁结构体有两个成员变量：状态（标志锁是否被持有）和信号量（阻塞和唤醒goroutine）。它有两种模式：正常模式（非公平）：进入等待状态的goroutine会进入等待队列，在获取锁的时候按先进先出的顺序获取，但当唤醒一个goroutine时它不会立即获取锁而是和新来的goroutine竞争，通常是新来的更容易获得锁，因为它已经运行在CPU，所以刚被唤醒的goroutine大概率获取不到锁。饥饿模式（公平）：当在正常模式等待的goroutine超过1ms没获取到锁，Mutex被切换成饥饿模式，饥饿模式下锁直接交给等待队列最前面的goroutine，新来的goroutine不会参与竞争锁也不会在那自旋，而是直接添加到队列尾部。当拥有锁的goroutine发现它是队列里的最后一个或者等待时间小于1ms又会切换回正常模式。

参考链接：mutex | 学习笔记

其他：

• GIN框架，beego框架需要了解，前者路由速度快，后者功能全。Go语言WEB框架(Gin)详解
• web服务中caddy类似于Apache，Nginx，是一个高性能的Http/2和反向代理服务器，天然支持HTTPS。
• 数据库ORM框架，gorm或beego的orm框架。
• 包管理工具，类似Maven——govendor、godep、glide。
• 热重启：endless——通过监听syscall信号量实现优雅重启。
• log记录——github.com/Sirupsen/logrus
• 定时任务github.com/robfig/cron
• 帮助文档生成工具——github.com/urfave/cli
• 配置文件读取——github.com/spf13/viper
• 内存管理——支持Redis内存存储：github.com/coocood/freecache
• redis依赖——github.com/garyburd/redigo
• go垃圾回收stop the world，耗时太长无法接受。
• gRPC框架？gRPC微服务框架 - 顽强的allin - 博客园；
• gRPC拦截器：grpc 拦截器: 参数校验、日志上报、panic拦截 等等逻辑的另一种姿态 - C/C++教程 - 找一找教程网
• gateway怎么做？
• proto文件怎么管理？
• 微服务框架go micro?
• 其他面试题：golang 面试题(从基础到高级)_weixin_34128839的博客-CSDN博客