面试题：Go语言sync.Once单例模式在并发场景下的优化

Question

在高并发场景下，使用Go语言的sync.Once实现单例模式可能会遇到性能瓶颈。请阐述可能出现性能问题的地方，并提出至少一种优化方案，说明优化的原理及实现思路。

Answer 1

可能出现性能问题的地方

1. 竞争锁开销：sync.Once内部使用了互斥锁（mutex），在高并发场景下，大量的Do方法调用会频繁竞争这个锁，导致锁的争用严重，增加上下文切换和调度开销，从而降低系统整体性能。

优化方案

1. 双检锁机制优化：
   • 原理：通过在调用Once.Do之前先进行一次无锁检查，只有在实例尚未初始化时才进入Once.Do进行初始化。这样大部分情况下可以避免锁的竞争，只有在首次初始化时才需要竞争锁。
   • 实现思路：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

type Singleton struct {
    data string
}

var instance *Singleton
var once sync.Once
var mu sync.Mutex

func GetInstance() *Singleton {
    if instance == nil {
        mu.Lock()
        defer mu.Unlock()
        if instance == nil {
            instance = &Singleton{
                data: "initial data",
            }
        }
    }
    return instance
}

2. 基于init函数提前初始化：
   • 原理：利用Go语言包的初始化机制，在包加载时就完成单例的初始化，避免运行时的并发初始化问题，也就不存在锁的竞争问题。
   • 实现思路：

package main

import (
    "fmt"
)

type Singleton struct {
    data string
}

var instance *Singleton

func init() {
    instance = &Singleton{
        data: "initial data",
    }
}

func GetInstance() *Singleton {
    return instance
}