面试题：Go信号量在高并发读写场景下的优化应用

基于Go信号量的解决方案设计与实现

设计思路：
- 使用sync.Mutex来实现写操作的独占访问，因为sync.Mutex是Go语言中实现互斥锁的标准方式，能保证同一时间只有一个写操作可以执行。
- 使用sync.Cond结合sync.Mutex来实现读写操作之间的同步。sync.Cond可以让读操作等待写操作完成后再继续执行，从而保证数据一致性。
- 引入一个计数器readCount来记录当前正在进行的读操作数量，以便控制读写同步。
代码实现：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

type ReadWriteMutex struct {
    mutex     sync.Mutex
    writeCond *sync.Cond
    readCount int
}

func NewReadWriteMutex() *ReadWriteMutex {
    rwm := &ReadWriteMutex{}
    rwm.writeCond = sync.NewCond(&rwm.mutex)
    return rwm
}

// 读锁定
func (rwm *ReadWriteMutex) RLock() {
    rwm.mutex.Lock()
    for rwm.readCount == 0 {
        rwm.writeCond.Wait()
    }
    rwm.readCount--
    rwm.mutex.Unlock()
}

// 读解锁
func (rwm *ReadWriteMutex) RUnlock() {
    rwm.mutex.Lock()
    rwm.readCount++
    if rwm.readCount == 1 {
        rwm.writeCond.Broadcast()
    }
    rwm.mutex.Unlock()
}

// 写锁定
func (rwm *ReadWriteMutex) Lock() {
    rwm.mutex.Lock()
    for rwm.readCount != 0 {
        rwm.writeCond.Wait()
    }
}

// 写解锁
func (rwm *ReadWriteMutex) Unlock() {
    rwm.readCount = 1
    rwm.writeCond.Broadcast()
    rwm.mutex.Unlock()
}

func main() {
    rwm := NewReadWriteMutex()
    var wg sync.WaitGroup

    // 模拟读操作
    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(id int) {
            defer wg.Done()
            rwm.RLock()
            fmt.Printf("Reader %d is reading\n", id)
            time.Sleep(time.Millisecond * 100)
            rwm.RUnlock()
        }(i)
    }

    // 模拟写操作
    for i := 0; i < 2; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(id int) {
            defer wg.Done()
            rwm.Lock()
            fmt.Printf("Writer %d is writing\n", id)
            time.Sleep(time.Millisecond * 200)
            rwm.Unlock()
        }(i)
    }

    wg.Wait()
}

性能和资源利用方面的优缺点分析

优点：
- 高性能读操作：读操作可以并行执行，只要没有写操作在进行，多个读操作可以同时访问共享数据，大大提高了读操作的并发性能。在高并发读场景下，能充分利用多核CPU的优势，提高系统整体吞吐量。
- 简单实现：基于Go语言标准库中的sync.Mutex和sync.Cond实现，代码逻辑相对清晰，易于理解和维护。Go语言的标准库经过了大量的测试和优化，稳定性较高。
- 资源利用率较好：通过合理的同步机制，在保证数据一致性的前提下，尽量减少了锁的持有时间，减少了线程（goroutine）的等待时间，从而提高了系统资源（如CPU、内存等）的利用率。
缺点：
- 写操作性能瓶颈：写操作必须独占，当写操作频繁时，会导致读操作长时间等待，降低系统整体性能。因为写操作期间所有读操作都需要等待写操作完成，在高并发写场景下，可能会成为系统的性能瓶颈。
- 额外的同步开销：为了实现读写操作之间的同步，引入了readCount计数器以及sync.Cond的等待和唤醒操作，这些额外的同步逻辑增加了一定的性能开销。尤其是在高并发场景下，频繁的条件变量操作可能会带来一些性能损耗。
- 可能的饥饿问题：在极端情况下，如果读操作非常频繁，写操作可能会长时间得不到执行机会，导致写操作饥饿。因为每次读操作完成后，可能又会有新的读操作进来，使得写操作一直无法获取锁。

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面试题：Go信号量在高并发读写场景下的优化应用

知识考点

面试题答案

基于Go信号量的解决方案设计与实现

性能和资源利用方面的优缺点分析