彻底理解Golang Slice golang

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看完这篇文章，下面这些高频面试题你都会答了吧

Go slice的底层实现原理
Go array和slice的区别
Go slice深拷贝和浅拷贝
Go slice扩容机制是怎样的？
为什么Go slice是非线程安全的？

实现原理 slice是无固定长度的数组，底层结构是一个结构体，包含如下3个属性
一个 slice 在 golang 中占用 24 个 bytes

type slice struct { array unsafe.Pointer lenint capint }

array : 包含了一个指向一个数组的指针，数据实际上存储在这个指针指向的数组上，占用 8 bytes
len: 当前 slice 使用到的长度，占用8 bytes
cap : 当前 slice 的容量，同时也是底层数组 array 的长度， 8 bytes

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slice并不是真正意义上的动态数组，而是一个引用类型。slice总是指向一个底层array，slice的声明也可以像 array一样，只是长度可变。golang中通过语法糖，使得我们可以像声明array一样，自动创建slice结构体
根据索引位置取切片slice 元素值时，默认取值范围是（0～len(slice)-1），一般输出slice时，通常是指 slice[0:len(slice)-1]，根据下标就可以输出所指向底层数组中的值
主要特性引用类型
golang 有三个常用的高级类型slice、map、channel, 它们都是引用类型，当引用类型作为函数参数时，可能会修改原内容数据。

func sliceModify(s []int) { s[0] = 100 }func sliceAppend(s []int) []int { s = append(s, 100) return s }func sliceAppendPtr(s *[]int) { *s = append(*s, 100) return }// 注意：Go语言中所有的传参都是值传递（传值），都是一个副本，一个拷贝。 // 拷贝的内容是非引用类型（int、string、struct等这些），在函数中就无法修改原内容数据； // 拷贝的内容是引用类型（interface、指针、map、slice、chan等这些），这样就可以修改原内容数据。 func TestSliceFn(t *testing.T) { // 参数为引用类型slice：外层slice的len/cap不会改变，指向的底层数组会改变 s := []int{1, 1, 1} newS := sliceAppend(s) // 函数内发生了扩容 t.Log(s, len(s), cap(s)) // [1 1 1] 3 3 t.Log(newS, len(newS), cap(newS)) // [1 1 1 100] 4 6s2 := make([]int, 0, 5) newS = sliceAppend(s2) // 函数内未发生扩容 t.Log(s2, s2[0:5], len(s2), cap(s2)) // [] [100 0 0 0 0] 0 5 t.Log(newS, newS[0:5], len(newS), cap(newS)) // [100] [100 0 0 0 0] 1 5// 参数为引用类型slice的指针：外层slice的len/cap会改变，指向的底层数组会改变 sliceAppendPtr(&s) t.Log(s, len(s), cap(s)) // [1 1 1 100] 4 6 sliceModify(s) t.Log(s, len(s), cap(s)) // [100 1 1 100] 4 6 }

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切片状态
切片有3种特殊的状态，分为「零切片」、「空切片」和「nil 切片」

func TestSliceEmptyOrNil(t *testing.T) { var slice1 []int // slice1 is nil slice slice2 := make([]int, 0) // slcie2 is empty slice var slice3 = make([]int, 2) // slice3 is zero slice if slice1 == nil { t.Log("slice1 is nil.") // 会输出这行 } if slice2 == nil { t.Log("slice2 is nil.") // 不会输出这行 } t.Log(slice3) // [0 0] }

非线程安全
slice不支持并发读写，所以并不是线程安全的，使用多个 goroutine 对类型为 slice 的变量进行操作，每次输出的值大概率都不会一样，与预期值不一致; slice在并发执行中不会报错，但是数据会丢失

/** * 切片非并发安全 * 多次执行，每次得到的结果都不一样 * 可以考虑使用 channel 本身的特性 (阻塞) 来实现安全的并发读写 */ func TestSliceConcurrencySafe(t *testing.T) { a := make([]int, 0) var wg sync.WaitGroup for i := 0; i < 10000; i++ { wg.Add(1) go func(i int) { a = append(a, i) wg.Done() }(i) } wg.Wait() t.Log(len(a)) // not equal 10000 }

如果想实现slice线程安全，有两种方式：
方式一：通过加锁实现slice线程安全，适合对性能要求不高的场景。

func TestSliceConcurrencySafeByMutex(t *testing.T) { var lock sync.Mutex //互斥锁 a := make([]int, 0) var wg sync.WaitGroup for i := 0; i < 10000; i++ { wg.Add(1) go func(i int) { defer wg.Done() lock.Lock() defer lock.Unlock() a = append(a, i) }(i) } wg.Wait() t.Log(len(a)) // equal 10000 }

方式二：通过channel实现slice线程安全，适合对性能要求高的场景。

func TestSliceConcurrencySafeByChanel(t *testing.T) { buffer := make(chan int) a := make([]int, 0) // 消费者 go func() { for v := range buffer { a = append(a, v) } }() // 生产者 var wg sync.WaitGroup for i := 0; i < 10000; i++ { wg.Add(1) go func(i int) { defer wg.Done() buffer <- i }(i) } wg.Wait() t.Log(len(a)) // equal 10000 }

共享存储空间
多个切片如果共享同一个底层数组，这种情况下，对其中一个切片或者底层数组的更改，会影响到其他切片

/** * 切片共享存储空间 */ func TestSliceShareMemory(t *testing.T) { slice1 := []string{"1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8", "9", "10", "11", "12"} Q2 := slice1[3:6] t.Log(Q2, len(Q2), cap(Q2)) // [4 5 6] 3 9 Q3 := slice1[5:8] t.Log(Q3, len(Q3), cap(Q3)) // [6 7 8] 3 7 Q3[0] = "Unkown" t.Log(Q2, Q3) // [4 5 Unkown] [Unkown 7 8]a := []int{1, 2, 3, 4, 5} shadow := a[1:3] t.Log(shadow, a) // [2 3] [1 2 3 4 5] shadow = append(shadow, 100) // 会修改指向数组的所有切片 t.Log(shadow, a) // [2 3 100] [1 2 3 100 5] }

常用操作创建
slice 的创建有4种方式，如下：

func TestSliceInit(t *testing.T) { // 初始化方式1：直接声明 var slice1 []int t.Log(len(slice1), cap(slice1)) // 0, 0 slice1 = append(slice1, 1) t.Log(len(slice1), cap(slice1)) // 1, 1, 24// 初始化方式2：使用字面量 slice2 := []int{1, 2, 3, 4} t.Log(len(slice2), cap(slice2)) // 4, 4, 24// 初始化方式3：使用make创建slice slice3 := make([]int, 3, 5) // make([]T, len, cap) cap不传则和len一样 t.Log(len(slice3), cap(slice3)) // 3, 5 t.Log(slice3[0], slice3[1], slice3[2]) // 0, 0, 0 // t.Log(slice3[3], slice3[4]) // panic: runtime error: index out of range [3] with length 3 slice3 = append(slice3, 1) t.Log(len(slice3), cap(slice3)) // 4, 5, 24// 初始化方式4: 从切片或数组“截取” arr := [100]int{} for i := range arr { arr[i] = i } slcie4 := arr[1:3] slice5 := make([]int, len(slcie4)) copy(slice5, slcie4) t.Log(len(slcie4), cap(slcie4), unsafe.Sizeof(slcie4)) // 2，99，24 t.Log(len(slice5), cap(slice5), unsafe.Sizeof(slice5)) // 2，2，24 }

增加

func TestSliceGrowing(t *testing.T) { slice1 := []int{} for i := 0; i < 10; i++ { slice1 = append(slice1, i) t.Log(len(slice1), cap(slice1)) } // 1 1 // 2 2 // 3 4 // 4 4 // 5 8 // 6 8 // 7 8 // 8 8 // 9 16 // 10 16 }

删除

func TestSliceDelete(t *testing.T) { slice1 := []int{1, 2, 3, 4, 5} var x int // 删除最后一个元素 x, slice1 = slice1[len(slice1)-1], slice1[:len(slice1)-1] t.Log(x, slice1, len(slice1), cap(slice1)) // 5 [1 2 3 4] 4 5// 删除第2个元素 slice1 = append(slice1[:2], slice1[3:]...) t.Log(slice1, len(slice1), cap(slice1)) // [1 2 4] 3 5 }

查找

v := s[i] // 下标访问

修改

s[i] = 5 // 下标修改

截取

/** * 切片截取 */ func TestSliceSubstr(t *testing.T) { slice1 := []int{1, 2, 3, 4, 5} slice2 := slice1[:] // 截取 slice[left:right:max] // left：省略默认0 // right：省略默认len(slice1) // max: 省略默认len(slice1) // len = right-left+1 // cap = max-left t.Log(slice2, len(slice2), cap(slice2)) // 1 2 3 4 5] 5 5 slice3 := slice1[1:] t.Log(slice3, len(slice3), cap(slice3)) // [2 3 4 5] 4 4 slice4 := slice1[:2] t.Log(slice4, len(slice4), cap(slice4)) // [1 2] 2 5 slice5 := slice1[1:2] t.Log(slice5, len(slice5), cap(slice5)) // [2] 1 4 slice6 := slice1[:2:5] t.Log(slice6, len(slice6), cap(slice6)) // [1 2] 2 5 slice7 := slice1[1:2:2] t.Log(slice7, len(slice7), cap(slice7)) // [2] 1 1 }

遍历
切片有3种遍历方式

/** * 切片遍历 */ func TestSliceTravel(t *testing.T) { slice1 := []int{1, 2, 3, 4} for i := 0; i < len(slice1); i++ { t.Log(slice1[i]) } for idx, e := range slice1 { t.Log(idx, e) } for _, e := range slice1 { t.Log(e) } }

反转

func TestSliceReverse(t *testing.T) { a := []int{1, 2, 3, 4, 5} for left, right := 0, len(a)-1; left < right; left, right = left+1, right-1 { a[left], a[right] = a[right], a[left] } t.Log(a, len(a), cap(a)) // [5 4 3 2 1] 5 5 }

拷贝
开发中会经常的把一个变量复制给另一个变量，那么这个过程，可能是深浅拷贝，那么今天帮大家区分一下这两个拷贝的区别和具体的区别
深拷贝拷贝的是数据本身，创造一个样的新对象，新创建的对象与原对象不共享内存，新创建的对象在内存中开辟一个新的内存地址，新对象值修改时不会影响原对象值。既然内存地址不同，释放内存地址时，可分别释放
值类型的数据，默认赋值操作都是深拷贝，Array、Int、String、Struct、Float，Bool。引用类型的数据如果想实现深拷贝，需要通过辅助函数完成
比如golang深拷贝copy 方法会把源切片值(即 from Slice )中的元素复制到目标切片(即 to Slice )中，并返回被复制的元素个数，copy 的两个类型必须一致。copy 方法最终的复制结果取决于较短的那个切片，当较短的切片复制完成，整个复制过程就全部完成了

/** * 深拷贝 */ func TestSliceDeepCopy(t *testing.T) { slice1 := []int{1, 2, 3, 4, 5} slice2 := make([]int, 5, 5) // 深拷贝 copy(slice2, slice1) t.Log(slice1, len(slice1), cap(slice1)) // [1 2 3 4 5] 5 5 t.Log(slice2, len(slice2), cap(slice2)) // [1 2 3 4 5] 5 5 slice1[1] = 100 t.Log(slice1, len(slice1), cap(slice1)) // [1 100 3 4 5] 5 5 t.Log(slice2, len(slice2), cap(slice2)) // [1 2 3 4 5] 5 5 }

浅拷贝拷贝的是数据地址，只复制指向的对象的指针，此时新对象和老对象指向的内存地址是一样的，新对象值修改时老对象也会变化。释放内存地址时，同时释放内存地址。
引用类型的数据，默认全部都是浅拷贝，Slice、Map等
目的切片和源切片指向同一个底层数组，任何一个数组元素改变，都会同时影响两个数组。

/** * 浅拷贝 */ func TestSliceShadowCopy(t *testing.T) { slice1 := []int{1, 2, 3, 4, 5} // 浅拷贝（注意 := 对于引用类型是浅拷贝，对于值类型是深拷贝） slice2 := slice1 t.Logf("%p", slice1) // 0xc00001c120 t.Logf("%p", slice2) // 0xc00001c120 // 同时改变两个数组，这时就是浅拷贝，未扩容时，修改 slice1 的元素之后，slice2 的元素也会跟着修改 slice1[0] = 10 t.Log(slice1, len(slice1), cap(slice1)) // [10 2 3 4 5] 5 5 t.Log(slice2, len(slice2), cap(slice2)) // [10 2 3 4 5] 5 5 // 注意下：扩容后，slice1和slice2不再指向同一个数组，修改 slice1 的元素之后，slice2 的元素不会被修改了 slice1 = append(slice1, 5, 6, 7, 8) slice1[0] = 11 // 这里可以发现，slice1[0] 被修改为了 11, slice1[0] 还是10 t.Log(slice1, len(slice1), cap(slice1)) // [11 2 3 4 5 5 6 7 8] 9 10 t.Log(slice2, len(slice2), cap(slice2)) // [10 2 3 4 5] 5 5 }

在复制 slice 的时候，slice 中数组的指针也被复制了，在触发扩容逻辑之前，两个 slice 指向的是相同的数组，触发扩容逻辑之后指向的就是不同的数组了
扩容扩容会发生在slice append的时候，当slice的cap不足以容纳新元素，就会进行扩容
源码：https://github.com/golang/go/...

func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice { // 省略一些判断... newcap := old.cap doublecap := newcap + newcap if cap > doublecap { newcap = cap } else { if old.len < 1024 { newcap = doublecap } else { // Check 0 < newcap to detect overflow // and prevent an infinite loop. for 0 < newcap && newcap < cap { newcap += newcap / 4 } // Set newcap to the requested cap when // the newcap calculation overflowed. if newcap <= 0 { newcap = cap } } } // 省略一些后续... }

如果新申请容量比两倍原有容量大，那么扩容后容量大小等于新申请容量
如果原有 slice 长度小于 1024，那么每次就扩容为原来的 2 倍
如果原 slice 大于等于 1024，那么每次扩容就扩为原来的 1.25 倍

内存泄露
由于slice的底层是数组，很可能数组很大，但slice所取的元素数量却很小，这就导致数组占用的绝大多数空间是被浪费的
Case1:
比如下面的代码，如果传入的slice b是很大的，然后引用很小部分给全局量a，那么b未被引用的部分（下标1之后的数据）就不会被释放，造成了所谓的内存泄漏。

var a []intfunc test(b []int) { a = b[:1] // 和b共用一个底层数组 return }

那么只要全局量a在，b就不会被回收。
如何避免？
在这样的场景下注意：如果我们只用到一个slice的一小部分，那么底层的整个数组也将继续保存在内存当中。当这个底层数组很大，或者这样的场景很多时，可能会造成内存急剧增加，造成崩溃。
所以在这样的场景下，我们可以将需要的分片复制到一个新的slice中去，减少内存的占用

var a []intfunc test(b []int) { a = make([]int, 1) copy(a, b[:0]) return }

Case2:
比如下面的代码，返回的slice是很小一部分，这样该函数退出后，原来那个体积较大的底层数组也无法被回收

func test2() []int{ s = make([]int, 0, 10000) for i := 0; i < 10000; i++ { s = append(s, p) } s2 := s[100:102] return s2 }

如何避免？
将需要的分片复制到一个新的slice中去，减少内存的占用

func test2() []int{ s = make([]int, 0, 10000) for i := 0; i < 10000; i++ { // 一些计算... s = append(s, p) } s2 := make([]int, 2) copy(s2, s[100:102]) return s2 }

切片与数组对比数组是一个固定长度的，初始化时候必须要指定长度，不指定长度的话就是切片了
【彻底理解Golang Slice】数组是值类型，将一个数组赋值给另一个数组时，传递的是一份深拷贝，赋值和函数传参操作都会复制整个数组数据，会占用额外的内存；切片是引用类型，将一个切片赋值给另一个切片时，传递的是一份浅拷贝，赋值和函数传参操作只会复制len和cap，但底层共用同一个数组，不会占用额外的内存。

//a是一个数组，注意数组是一个固定长度的，初始化时候必须要指定长度，不指定长度的话就是切片了 a := [3]int{1, 2, 3} //b是数组，是a的一份深拷贝 b := a //c是切片，是引用类型，底层数组是a c := a[:] for i := 0; i < len(a); i++ { a[i] = a[i] + 1 } //改变a的值后，b是a的拷贝，b不变，c是引用，c的值改变 fmt.Println(a) //[2,3,4] fmt.Println(b) //[1 2 3] fmt.Println(c) //[2,3,4]

//a是一个切片，不指定长度的话就是切片了 a := []int{1, 2, 3} //b是切片，是a的一份拷贝 b := a //c是切片，是引用类型 c := a[:] for i := 0; i < len(a); i++ { a[i] = a[i] + 1 } //改变a的值后，b是a的浅拷贝，b的值改派，c是引用，c的值改变 fmt.Println(a) //[2,3,4] fmt.Println(b) //[2,3,4] fmt.Println(c) //[2,3,4]

总结