面试题：Go语言map在并发场景下的问题及解决方案

Question

当在并发环境中使用Go语言的map时，会出现什么问题？请至少列举两种常见问题，并阐述相应的解决方案，包括但不限于使用`sync.Map`的场景和原理。

Answer 1

问题

1. 数据竞争：Go语言的map不是线程安全的，多个goroutine同时读写map时会导致数据竞争，引发未定义行为，如程序崩溃或返回错误结果。例如多个goroutine同时向map中插入新键值对时，可能会破坏map的内部数据结构。
2. 读取到脏数据：在并发写操作时，一个goroutine正在修改map，另一个goroutine读取该map，可能读取到部分修改后的数据，即脏数据，影响程序逻辑的正确性。

解决方案

1. 使用sync.Mutex：
   • 原理：通过互斥锁来保证同一时间只有一个goroutine能够访问map。在对map进行读写操作前，先获取锁，操作完成后释放锁。
   • 示例代码：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var mu sync.Mutex
var data = make(map[string]int)

func write(key string, value int, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    mu.Lock()
    data[key] = value
    mu.Unlock()
}

func read(key string, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    mu.Lock()
    fmt.Println(data[key])
    mu.Unlock()
}

2. 使用sync.RWMutex：
   • 原理：读写锁允许有多个读操作同时进行，但写操作时需要独占锁。读操作时获取读锁，写操作时获取写锁，适用于读多写少的场景。
   • 示例代码：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var mu sync.RWMutex
var data = make(map[string]int)

func write(key string, value int, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    mu.Lock()
    data[key] = value
    mu.Unlock()
}

func read(key string, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    mu.RLock()
    fmt.Println(data[key])
    mu.RUnlock()
}

3. 使用sync.Map：
   • 原理：sync.Map内部采用了分段锁的机制，通过两个map（read和dirty）来优化读写性能。read map存储了大部分被频繁访问的数据，并且可以无锁读取；dirty map则存储了read map中没有的数据，写操作先更新dirty map，当dirty map中的数据被读取一定次数后，会将dirty map提升为read map。
   • 适用场景：适合高并发读写的场景，尤其是读操作频繁的情况。例如在分布式系统中存储一些缓存数据，多个节点并发读写这些缓存。
   • 示例代码：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var data sync.Map

func write(key string, value int, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    data.Store(key, value)
}

func read(key string, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done()
    if value, ok := data.Load(key); ok {
        fmt.Println(value)
    }
}