面试题：Go chan阻塞与非阻塞操作对系统资源的影响

理论分析

阻塞操作
- CPU资源：当一个goroutine在chan上执行阻塞操作（如接收或发送数据）时，该goroutine会暂停执行，让出CPU资源给其他可运行的goroutine。这在高并发场景下可以有效避免单个goroutine长时间占用CPU，提高CPU的利用率。
- 内存资源：阻塞的goroutine本身会占用一定的栈内存，直到其阻塞解除。如果有大量的goroutine因chan阻塞而暂停，会占用较多的栈内存。此外，如果chan缓冲区已满，新的发送操作会导致数据在内存中等待，直到有接收操作，这也会占用额外的内存。
- 线程资源：Go语言运行时使用M:N调度模型，一个或多个goroutine映射到操作系统线程（M）。阻塞的goroutine不会直接对应操作系统线程阻塞，而是由Go运行时调度器管理。但如果有过多的goroutine因chan阻塞，调度器管理这些goroutine的开销会增加。
非阻塞操作
- CPU资源：非阻塞操作（如使用select语句配合default分支进行非阻塞发送或接收）会立即返回，即使操作无法完成。这意味着如果在循环中频繁进行非阻塞操作，会消耗大量的CPU资源，因为每次操作都会进行条件判断和处理逻辑。
- 内存资源：非阻塞操作本身不会因为等待数据而占用额外的内存（不像阻塞发送等待缓冲区有空余）。但是，如果为了实现类似阻塞的效果而在循环中不断进行非阻塞操作，可能会导致其他数据结构（如用于重试的计数器等）占用额外内存。
- 线程资源：同样，非阻塞操作本身不会直接阻塞操作系统线程，但频繁的非阻塞操作可能导致调度器频繁调度，增加调度开销。

优化方法

合理设置chan缓冲区：根据实际需求设置合适大小的chan缓冲区。如果缓冲区过小，可能导致频繁的阻塞；如果过大，可能会浪费内存。例如，在生产者 - 消费者模型中，如果生产者速度远快于消费者，可以适当增大缓冲区，但也要避免过大。
减少不必要的非阻塞操作：避免在循环中无节制地使用非阻塞操作。可以结合time.Sleep或其他同步机制，减少CPU的无效消耗。
使用select语句：select语句可以在多个chan操作之间进行多路复用，有效管理阻塞和非阻塞操作。例如，当有多个chan可读或可写时，select会阻塞直到其中一个chan准备好，避免了忙等待。

优化代码示例

合理设置chan缓冲区

package main

import (
    "fmt"
)

func producer(ch chan int) {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        ch <- i
        fmt.Printf("Produced: %d\n", i)
    }
    close(ch)
}

func consumer(ch chan int) {
    for val := range ch {
        fmt.Printf("Consumed: %d\n", val)
    }
}

func main() {
    ch := make(chan int, 5) // 设置合适的缓冲区大小
    go producer(ch)
    go consumer(ch)

    select {}
}

减少不必要的非阻塞操作

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    ch := make(chan int)
    go func() {
        time.Sleep(2 * time.Second)
        ch <- 42
    }()

    for {
        select {
        case val := <-ch:
            fmt.Printf("Received: %d\n", val)
            return
        default:
            fmt.Println("Not ready yet, sleeping...")
            time.Sleep(100 * time.Millisecond)
        }
    }
}

使用select语句进行多路复用

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    ch1 := make(chan int)
    ch2 := make(chan int)

    go func() {
        ch1 <- 10
    }()

    go func() {
        ch2 <- 20
    }()

    select {
    case val := <-ch1:
        fmt.Printf("Received from ch1: %d\n", val)
    case val := <-ch2:
        fmt.Printf("Received from ch2: %d\n", val)
    }
}

星途面试题库

面试题：Go chan阻塞与非阻塞操作对系统资源的影响

知识考点

面试题答案

理论分析

优化方法

优化代码示例