面试题：Go文件操作与标准库的深度优化

设计思路

原子性操作：使用os包的文件操作函数，在写文件时先写入临时文件，然后通过os.Rename原子性地替换目标文件。对于读操作，由于Go的文件读取操作本身是原子的（针对单个读取调用），不需要额外处理。
一致性：通过文件锁保证同一时间只有一个协程可以对文件进行写操作。读操作在获取文件锁后进行，避免在写操作过程中读取到不一致的数据。
高性能：引入缓存机制，对于频繁读取的文件，将其内容缓存起来，减少文件读取次数。同时，合理地复用文件描述符，避免频繁打开和关闭文件。
文件锁：使用syscall.Flock函数实现文件锁，它在不同操作系统（Linux、Windows等）下都有较好的兼容性。
缓存：使用map来实现简单的缓存，键为文件名，值为文件内容。
操作系统兼容性：除了使用syscall.Flock保证文件锁的兼容性外，在文件路径处理上使用path/filepath包，它可以根据不同操作系统自动处理路径分隔符。

关键代码示例

package main

import (
    "fmt"
    "io/ioutil"
    "os"
    "path/filepath"
    "syscall"
    "sync"
)

var (
    fileCache = make(map[string][]byte)
    cacheLock sync.RWMutex
    fileLocks = make(map[string]*os.File)
    lockMutex sync.Mutex
)

// 获取文件锁
func acquireLock(filePath string) (*os.File, error) {
    lockMutex.Lock()
    defer lockMutex.Unlock()

    if f, ok := fileLocks[filePath]; ok {
        return f, nil
    }

    lockFile, err := os.OpenFile(filepath.Join(filePath, ".lock"), os.O_WRONLY|os.O_CREATE, 0666)
    if err != nil {
        return nil, err
    }

    err = syscall.Flock(int(lockFile.Fd()), syscall.LOCK_EX)
    if err != nil {
        lockFile.Close()
        return nil, err
    }

    fileLocks[filePath] = lockFile
    return lockFile, nil
}

// 释放文件锁
func releaseLock(filePath string) {
    lockMutex.Lock()
    defer lockMutex.Unlock()

    if f, ok := fileLocks[filePath]; ok {
        f.Close()
        os.Remove(filepath.Join(filePath, ".lock"))
        delete(fileLocks, filePath)
    }
}

// 读取文件内容
func readFile(filePath string) ([]byte, error) {
    cacheLock.RLock()
    if content, ok := fileCache[filePath]; ok {
        cacheLock.RUnlock()
        return content, nil
    }
    cacheLock.RUnlock()

    lockFile, err := acquireLock(filePath)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    defer releaseLock(filePath)

    content, err := ioutil.ReadFile(filePath)
    if err != nil {
        return nil, err
    }

    cacheLock.Lock()
    fileCache[filePath] = content
    cacheLock.Unlock()

    return content, nil
}

// 写入文件内容
func writeFile(filePath string, content []byte) error {
    lockFile, err := acquireLock(filePath)
    if err != nil {
        return err
    }
    defer releaseLock(filePath)

    tempFilePath := filePath + ".tmp"
    err = ioutil.WriteFile(tempFilePath, content, 0644)
    if err != nil {
        return err
    }

    err = os.Rename(tempFilePath, filePath)
    if err != nil {
        os.Remove(tempFilePath)
        return err
    }

    cacheLock.Lock()
    fileCache[filePath] = content
    cacheLock.Unlock()

    return nil
}

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面试题：Go文件操作与标准库的深度优化

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