面试题：Go中WaitGroup的性能优化与陷阱分析

Question

在高并发场景下，WaitGroup可能会遇到性能瓶颈或潜在陷阱。请分析可能出现的性能问题和陷阱，提出相应的优化方案，并结合实际案例说明如何避免这些问题。

Answer 1

性能问题和陷阱分析

1. 阻塞性能问题：
   • 问题：如果WaitGroup等待的协程数量过多，主线程在调用wg.Wait()时会长时间阻塞，影响整体系统的响应性。例如，在一个电商秒杀系统中，大量商品的库存校验协程都通过WaitGroup等待，如果库存校验协程过多，主线程等待这些协程完成的时间过长，可能导致用户长时间等待响应。
   • 原因：WaitGroup底层是通过信号量实现等待机制，大量协程等待时会频繁进行信号量操作，增加内核态与用户态的切换开销。
2. 死锁问题：
   • 问题：如果在协程内部忘记调用wg.Done()，或者wg.Add()的数量与wg.Done()的数量不匹配，会导致主线程在wg.Wait()处永远阻塞，形成死锁。比如在一个分布式任务调度系统中，某个任务执行协程由于异常未调用wg.Done()，调度主线程就会一直等待该任务完成，造成死锁。
   • 原因：编程逻辑错误，对WaitGroup的使用规则不熟悉。
3. 过早释放资源问题：
   • 问题：如果在协程还未开始执行任务就调用wg.Done()，可能导致资源在任务未完成时就被释放。例如在一个文件读取任务中，协程还未开始读取文件就调用了wg.Done()，主线程认为任务完成开始后续操作，可能导致文件读取不完整。
   • 原因：代码逻辑混乱，协程启动与wg.Done()调用顺序错误。

优化方案

1. 减少阻塞影响：
   • 方案：可以采用分阶段等待的方式，将大量协程分成多个组，每组使用一个WaitGroup，主线程分阶段等待，减少单次等待协程的数量。例如在上述电商秒杀系统中，将商品按类别分组，每个类别商品的库存校验协程使用一个WaitGroup，主线程依次等待各个组的库存校验完成。
2. 避免死锁：
   • 方案：
     • 仔细检查代码逻辑，确保wg.Add()和wg.Done()的调用配对。可以在代码关键位置添加日志记录wg.Add()和wg.Done()的调用情况，方便排查问题。
     • 使用defer wg.Done()在协程函数结束时自动调用wg.Done()，确保即使协程出现异常也能正确通知WaitGroup任务完成。例如在分布式任务调度系统的任务执行协程中，使用defer wg.Done()来避免因异常导致未调用wg.Done()的情况。
3. 防止过早释放资源：
   • 方案：确保wg.Done()在协程任务完成时调用，合理安排代码顺序。例如在文件读取任务中，在文件读取操作完成并检查无误后再调用wg.Done()。

实际案例及避免方法

案例：一个在线教育平台的课程资源预加载功能，需要从多个存储节点预加载课程视频、文档等资源。每个资源预加载启动一个协程，使用WaitGroup等待所有预加载任务完成。

避免问题方法：

1. 减少阻塞影响：将课程资源按类型（视频、文档等）分组，每个类型的资源预加载协程使用一个WaitGroup。主线程先等待视频资源预加载完成，再等待文档资源预加载完成等，这样减少了单次等待的协程数量，提高了系统响应性。
2. 避免死锁：在每个预加载协程函数开头使用defer wg.Done()，确保无论协程执行过程中是否出现异常，都能正确通知WaitGroup任务完成。同时，在代码中添加日志记录每个协程的wg.Add()和wg.Done()调用，方便排查问题。
3. 防止过早释放资源：在每个预加载协程中，只有在资源成功下载并校验无误后才调用wg.Done()，保证资源预加载任务真正完成。