面试题：Go语言中变量作用域与生命周期的关系

Question

在Go语言中，解释变量的作用域如何影响其生命周期。请举例说明局部变量和全局变量在作用域和生命周期方面的特点，并分析在并发场景下变量生命周期可能出现的问题及解决方案。

Answer 1

变量作用域对生命周期的影响

在Go语言中，变量的作用域决定了该变量在程序中可被访问的范围，同时也对其生命周期产生影响。当变量离开了其作用域，它就会被释放，生命周期结束。

局部变量特点

1. 作用域：局部变量在定义它的代码块内有效，例如函数内部的代码块，或for、if语句块等。
2. 生命周期：局部变量的生命周期从声明开始，到所在代码块结束时结束。一旦代码块执行完毕，局部变量占用的内存可能会被回收（取决于是否有其他引用）。

示例：

package main

import "fmt"

func localVarExample() {
    // 局部变量a的作用域开始
    a := 10
    fmt.Println(a)
} // 局部变量a的作用域结束，a可能被回收

func main() {
    localVarExample()
}

全局变量特点

1. 作用域：全局变量在整个包内都可访问，如果导出（首字母大写），还能在其他包中访问。
2. 生命周期：全局变量的生命周期从程序启动开始，到程序结束才结束。

示例：

package main

import "fmt"

// 全局变量b
var b int = 20

func globalVarExample() {
    fmt.Println(b)
}

func main() {
    globalVarExample()
}

并发场景下变量生命周期问题及解决方案

1. 问题：在并发场景下，多个goroutine可能同时访问和修改同一个变量，这可能导致数据竞争问题。例如，一个goroutine可能在另一个goroutine还在使用某个变量时就释放了它，或者多个goroutine同时修改同一个变量导致结果不可预测。
2. 解决方案：
   • 互斥锁（Mutex）：使用sync.Mutex来保护共享变量，确保同一时间只有一个goroutine能访问和修改变量。

   package main
   
   import (
       "fmt"
       "sync"
   )
   
   var (
       counter int
       mu      sync.Mutex
   )
   
   func increment(wg *sync.WaitGroup) {
       defer wg.Done()
       mu.Lock()
       counter++
       mu.Unlock()
   }
   
   func main() {
       var wg sync.WaitGroup
       for i := 0; i < 10; i++ {
           wg.Add(1)
           go increment(&wg)
       }
       wg.Wait()
       fmt.Println("Final counter:", counter)
   }
   

   • 读写锁（RWMutex）：当读操作远多于写操作时，使用sync.RWMutex可以提高性能。允许多个goroutine同时读，但写操作需要独占。
   • 通道（Channel）：通过通道在goroutine之间传递数据，避免共享变量，从而减少数据竞争问题。

   package main
   
   import (
       "fmt"
   )
   
   func sendData(ch chan int) {
       for i := 0; i < 5; i++ {
           ch <- i
       }
       close(ch)
   }
   
   func main() {
       ch := make(chan int)
       go sendData(ch)
       for val := range ch {
           fmt.Println(val)
       }
   }