面试题：Go 中 Go 协程与通道的配合使用

Question

请描述在 Go 语言中，如何使用 Go 协程和通道来实现生产者 - 消费者模型，并给出一个简单的代码示例。解释通道在这个模型中起到什么作用，以及如何处理通道关闭和数据竞争问题。

Answer 1

生产者 - 消费者模型实现

在Go语言中，使用Go协程和通道可以很方便地实现生产者 - 消费者模型。以下是一个简单的代码示例：

package main

import (
    "fmt"
)

func producer(ch chan int) {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        ch <- i
        fmt.Printf("Produced: %d\n", i)
    }
    close(ch)
}

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

func main() {
    ch := make(chan int)

    go producer(ch)
    go consumer(ch)

    // 防止主函数提前退出
    select {}
}

通道的作用

1. 数据传递：通道用于在生产者和消费者之间传递数据。生产者将数据发送到通道，消费者从通道接收数据，实现了数据的流动。
2. 同步：通道还起到同步生产者和消费者的作用。当通道已满（对于有缓冲通道）或者没有缓冲区且没有接收者时，生产者发送数据会阻塞；当通道为空（对于有缓冲通道）或者没有缓冲区且没有发送者时，消费者接收数据会阻塞。这种机制保证了生产者和消费者之间的协调工作。

处理通道关闭

1. 生产者关闭通道：在生产者完成数据生产后，应该关闭通道。如上述代码中，producer函数在生产完数据后调用close(ch)关闭通道。这是告诉消费者不会再有新的数据到来。
2. 消费者检测通道关闭：消费者可以使用for... range循环来接收通道数据，当通道关闭时，for... range会自动退出。如consumer函数中的for num := range ch。另外，也可以使用ok-idiom来检测通道关闭，例如num, ok := <-ch，当ok为false时表示通道已关闭且无数据。

处理数据竞争问题

1. 使用通道同步：Go语言中通过通道进行数据传递本身就避免了大部分的数据竞争问题。因为通道操作（发送和接收）是线程安全的，多个协程通过通道交互数据不会产生数据竞争。
2. 避免共享可变状态：尽量减少协程之间共享可变数据。如果必须共享，使用sync包中的工具（如sync.Mutex）来保护共享数据，防止多个协程同时访问导致数据竞争。在生产者 - 消费者模型中，由于数据通过通道传递，不需要共享可变数据，所以通常不会出现数据竞争问题。