面试题：Go语言匿名函数作用域与闭包结合考察

Question

给定一段Go代码，其中包含多个匿名函数嵌套以及闭包的使用场景，请分析每个匿名函数的作用域范围，并说明可能存在的数据竞争问题及如何避免。代码如下： ```go package main import ( "fmt" ) func main() { var data []int for i := 0; i < 5; i++ { go func() { data = append(data, i) }() } fmt.Println(data) } ```

Answer 1

匿名函数作用域分析

1. 匿名函数 func() { data = append(data, i) } 的作用域：
   • 该匿名函数在 for 循环内部定义。它可以访问到 for 循环外部的 data 变量（因为 data 定义在循环外部），同时也可以访问到 for 循环中的 i 变量。
   • 但是这里存在一个陷阱，由于Go语言中 for 循环的 i 变量是复用的，所有匿名函数捕获的实际上是同一个 i 变量。

数据竞争问题

1. 数据竞争描述：
   • 这里存在数据竞争问题。多个goroutine同时对 data 进行 append 操作，append 操作不是线程安全的，会导致数据竞争。
   • 另外，由于所有匿名函数捕获的是同一个 i 变量，当 for 循环结束后，i 的值变为 5，所以所有goroutine可能会向 data 中添加 5，而不是预期的 0 到 4。

避免数据竞争的方法

1. 使用互斥锁（Mutex）：

   package main
   
   import (
       "fmt"
       "sync"
   )
   
   func main() {
       var data []int
       var mu sync.Mutex
       var wg sync.WaitGroup
       for i := 0; i < 5; i++ {
           wg.Add(1)
           go func(j int) {
               defer wg.Done()
               mu.Lock()
               data = append(data, j)
               mu.Unlock()
           }(i)
       }
       wg.Wait()
       fmt.Println(data)
   }
   

   • 在这个改进版本中，使用 sync.Mutex 来保护对 data 的操作。mu.Lock() 用于锁定互斥锁，防止其他goroutine同时修改 data，mu.Unlock() 用于解锁。同时，通过将 i 作为参数传递给匿名函数，每个goroutine捕获的是不同的 i 值。
2. 使用通道（Channel）：

   package main
   
   import (
       "fmt"
   )
   
   func main() {
       dataCh := make(chan int, 5)
       var data []int
       for i := 0; i < 5; i++ {
           go func(j int) {
               dataCh <- j
           }(i)
       }
       for i := 0; i < 5; i++ {
           data = append(data, <-dataCh)
       }
       close(dataCh)
       fmt.Println(data)
   }
   

   • 在这个版本中，使用通道 dataCh 来传递数据。每个goroutine将 i 的值发送到通道中，然后在主goroutine中从通道中接收数据并添加到 data 切片中，避免了对 data 的并发访问导致的数据竞争问题。