面试题：Go原子操作与互斥锁在性能和适用场景上的差异

性能差异

原子操作：
- 原子操作通常是非常轻量级的，因为它们是由硬件指令直接支持的。比如在x86架构下，有专门的指令来实现原子的读 - 修改 - 写操作。这使得原子操作在执行时开销极小，特别适合于对单个变量的简单操作，如计数器的增减。因为不需要像互斥锁那样进行上下文切换和调度等额外开销，所以在高并发场景下，如果只是对单个变量进行简单的读写或修改操作，原子操作的性能优势明显。
互斥锁：
- 互斥锁的开销相对较大。当一个goroutine获取互斥锁时，如果锁已经被其他goroutine持有，那么当前goroutine会被阻塞，操作系统需要进行上下文切换，将其放入等待队列。当锁被释放时，又需要从等待队列中唤醒一个goroutine，这涉及到调度等操作，开销较大。尤其在高并发且锁竞争激烈的场景下，频繁的上下文切换会严重影响性能。

适用场景差异

原子操作：
- 适用场景：适用于对简单数据类型（如整数、指针等）的单一操作。例如，在一个高并发的计数器场景中，多个goroutine可能同时对计数器进行加一操作。原子操作可以保证每次加一操作的原子性，避免数据竞争问题。
- 举例：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "sync/atomic"
)

func main() {
    var counter int64
    var wg sync.WaitGroup
    numGoroutines := 1000

    for i := 0; i < numGoroutines; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            atomic.AddInt64(&counter, 1)
        }()
    }

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

在这个例子中，使用atomic.AddInt64函数对counter进行原子性的加一操作，多个goroutine同时执行也不会出现数据竞争。 2. 互斥锁：

适用场景：当需要保护一段复杂的代码逻辑或者多个相关变量时，互斥锁更为合适。例如，在一个银行转账操作中，可能涉及到两个账户余额的修改，这种情况下使用原子操作无法保证整个操作的一致性，而互斥锁可以将涉及到的账户余额修改等操作都保护起来，确保在同一时间只有一个goroutine可以执行转账逻辑，从而保证数据的一致性。
举例：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

type BankAccount struct {
    balance int
    mu      sync.Mutex
}

func (a *BankAccount) Withdraw(amount int) {
    a.mu.Lock()
    defer a.mu.Unlock()
    if a.balance >= amount {
        a.balance -= amount
    }
}

func (a *BankAccount) Deposit(amount int) {
    a.mu.Lock()
    defer a.mu.Unlock()
    a.balance += amount
}

func main() {
    account := BankAccount{balance: 1000}
    var wg sync.WaitGroup
    numGoroutines := 10

    for i := 0; i < numGoroutines; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            account.Deposit(100)
            account.Withdraw(50)
        }()
    }

    wg.Wait()
    fmt.Println("Final account balance:", account.balance)
}

在这个银行账户操作的例子中，使用互斥锁mu来保护Deposit和Withdraw方法中的操作，确保对balance变量的读写和修改操作在同一时间只有一个goroutine执行，保证了数据的一致性。

总结

优先选择原子操作的情况：
- 对简单数据类型（如int、int64、uintptr等）进行单一的读、写或简单的算术操作，且操作之间相互独立，不需要复杂的逻辑判断和多个变量的协同操作时，优先选择原子操作，以获得更好的性能。
优先选择互斥锁的情况：
- 当需要保护一段复杂的代码逻辑，或者涉及多个相关变量的操作，且需要保证操作的一致性和完整性时，优先选择互斥锁。虽然互斥锁性能开销相对较大，但能确保复杂业务逻辑在并发环境下的正确性。

面试题：Go原子操作与互斥锁在性能和适用场景上的差异

知识考点

面试题答案

性能差异

适用场景差异

总结