面试题：Go语言中切片扩容机制在实际场景的体现

Question

请描述Go语言切片的扩容机制，并且举例说明在实际开发场景中，如何避免频繁的切片扩容带来的性能问题。

Answer 1

Go语言切片的扩容机制

1. 基本原理：
   • Go语言的切片（slice）底层是基于数组实现的动态数组。当切片容量不足以容纳新的元素时，就会发生扩容。
   • 扩容时，Go会创建一个新的更大的底层数组，将原切片的内容复制到新数组中，然后原切片指向新的底层数组。
2. 扩容策略：
   • 如果新的元素个数小于等于当前切片容量的两倍，且当前切片容量小于1024，则新的容量会扩展为当前容量的两倍。
   • 如果当前切片容量大于等于1024，则新的容量会扩展为当前容量的1.25倍。
   • 如果新的元素个数大于当前切片容量的两倍，则新的容量会直接设置为新的元素个数。

避免频繁切片扩容带来性能问题的方法及示例

1. 预先分配足够的容量：
   • 在创建切片时，通过make函数指定合适的容量，这样可以避免在添加元素过程中频繁扩容。
   • 示例：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    // 预先分配容量为100的切片
    s := make([]int, 0, 100)
    for i := 0; i < 100; i++ {
        s = append(s, i)
    }
    fmt.Println(s)
}

• 在上述示例中，通过make([]int, 0, 100)预先分配了容量为100的切片，在添加100个元素的过程中不会发生扩容，提升了性能。

2. 使用cap函数判断是否需要扩容：
   • 在添加元素之前，使用cap函数检查切片的容量是否足够。如果不够，提前手动扩容，避免在append时自动扩容导致性能损耗。
   • 示例：

package main

import (
    "fmt"
)

func main() {
    s := make([]int, 0, 5)
    for i := 0; i < 10; i++ {
        if cap(s)-len(s) < 1 {
            newS := make([]int, len(s), cap(s)*2)
            copy(newS, s)
            s = newS
        }
        s = append(s, i)
    }
    fmt.Println(s)
}

• 在这个示例中，每次添加元素前，检查切片的剩余容量是否小于1，如果小于1，则手动将切片容量扩大为原来的两倍，从而减少自动扩容带来的性能开销。