面试题：Go中如何利用信号量实现简单的线程安全计数器

Question

请用Go语言编写一个简单的计数器程序，要求使用信号量来保障线程安全。程序需要包含增加和减少计数器值的方法，并且能够在多个并发协程中正确运行。

Answer 1

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

type Counter struct {
    value int
    mutex sync.Mutex
}

func (c *Counter) Increment() {
    c.mutex.Lock()
    c.value++
    c.mutex.Unlock()
}

func (c *Counter) Decrement() {
    c.mutex.Lock()
    c.value--
    c.mutex.Unlock()
}

func (c *Counter) Value() int {
    c.mutex.Lock()
    defer c.mutex.Unlock()
    return c.value
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    counter := Counter{}

    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            counter.Increment()
        }()
    }

    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            counter.Decrement()
        }()
    }

    wg.Wait()
    fmt.Println("Final Counter Value:", counter.Value())
}

1. 定义 Counter 结构体：
   • 包含一个 int 类型的 value 字段用于存储计数器的值。
   • 包含一个 sync.Mutex 类型的 mutex 字段作为信号量来保障线程安全。
2. Increment 方法：
   • 使用 mutex.Lock() 锁定信号量，防止其他协程同时访问 value。
   • 增加 value 的值。
   • 使用 mutex.Unlock() 解锁信号量。
3. Decrement 方法：
   • 同样先锁定信号量。
   • 减少 value 的值。
   • 解锁信号量。
4. Value 方法：
   • 锁定信号量。
   • 使用 defer 确保函数结束时解锁信号量，以返回 value 的当前值。
5. main 函数：
   • 创建一个 sync.WaitGroup 用于等待所有协程完成。
   • 创建一个 Counter 实例。
   • 启动10个协程来增加计数器的值，启动5个协程来减少计数器的值。
   • 使用 wg.Wait() 等待所有协程完成，最后打印计数器的最终值。