Go的append操作是线程安全的吗
“ 根据golang中slice的数据结构可知，slice依托数组实现，在底层数组容量充足时，append操作不是只读操作，会将元素直接加入数组的空闲位置。因此，在多协程 对全局slice进行append操作时，会操作同一个底层数据，导致读写冲突”
下面我将介绍两个对切片执行append操作的例子。一个是线程安全的，一个是线程不安全的。然后分析线程不安全产生的原因以及对应的解决方案。
01
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线程安全的例子
package main
import (
"sync"
"fmt"
)
func main() {
x := []string{"Start"} //初始化时，slice的容量为1
wg := sync.WaitGroup{}
wg.Add(2)
go func() {
defer wg.Done()
y := append(x, "Hello", "World")
fmt.Printf("y slice len:%d, cap:%d\n", len(y), cap(y))
}()
go func() {
defer wg.Done()
z := append(x, "Java", "Golang", "React")
fmt.Printf("z len:%d, cap:%d\n", len(z), cap(z))
}()
wg.Wait()
}在终端执行go run -race main.go命令运行程序，发现正常执行，不存在数据竞争。
02
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线程不安全（数据竞争）的例子
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
func main() {
x := make([]string, 0, 6) //初始化时slice的容量为6
wg := sync.WaitGroup{}
wg.Add(2)
go func() {
defer wg.Done()
y := append(x, "Hello", "World")
fmt.Printf("y slice len:%d, cap:%d, value:%+v\n", len(y), cap(y), y)
}()
go func() {
defer wg.Done()
z := append(x, "Java", "Go", "React")
fmt.Printf("z slice len:%d, cap:%d, value:%+v\n", len(z), cap(z), z)
}()
wg.Wait()
}在终端执行go run -race main.go命令运行程序，发现提示WARNING：DATA RACE，存在数据竞争。结果如下：
sh-3.2# go run -race main.go
y slice len:2, cap:6, value:[Hello World]
==================
WARNING: DATA RACE
Write at 0x00c0000b4120 by goroutine 8:
main.TestAppendNotSafeThread.func2()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:89 +0xd7
Previous write at 0x00c0000b4120 by goroutine 7:
main.TestAppendNotSafeThread.func1()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:83 +0xd7
Goroutine 8 (running) created at:
main.TestAppendNotSafeThread()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:87 +0x12c
main.main()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:9 +0x2f
Goroutine 7 (finished) created at:
main.TestAppendNotSafeThread()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:81 +0xee
main.main()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:9 +0x2f
==================
==================
WARNING: DATA RACE
Write at 0x00c0000b4130 by goroutine 8:
main.TestAppendNotSafeThread.func2()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:89 +0x145
Previous write at 0x00c0000b4130 by goroutine 7:
main.TestAppendNotSafeThread.func1()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:83 +0x12c
Goroutine 8 (running) created at:
main.TestAppendNotSafeThread()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:87 +0x12c
main.main()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:9 +0x2f
Goroutine 7 (finished) created at:
main.TestAppendNotSafeThread()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:81 +0xee
main.main()
/Users/shaoyu.yang/htdocs/goproj/demo/main.go:9 +0x2f
==================
z slice len:3, cap:6, value:[Java Go React]
Found 2 data race(s)
exit status 6603
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根因分析
在分析根因之前，我们先来看下slice的数据结构
type slice struct {
array unsafe.Pointer
len int
cap int
}从结构上看slice很清晰，array指针指向底层数组，len标识切片长度，cap表示底层数组容量.
例如，slice := make([]int, 4, 8)语句所创建的slice数据结构如下图所示：
了解了slice的底层结构，我们看两个例子的不同之处，在于初始化slice时的容量。线程安全的例子中，x := []string{"start"} 的容量为1，在append操作时，会自动分配新的内存空间，故不存在数据竞争关系。如下图：
线程不安全的例子中，x := make([]string, 0, 6)的容量为6。这里执行append操作时，Go注意到有空闲空间可以存放“Hello”， “World”等新的元素，而另一个协程也注意到有空间可以存放“Java”， “Go”，“React”等新的元素，这时两个协程同时试图往同一块空闲空间中写入数据，竞争就出现了。最终谁胜出也就存在不确定性。如下图：
这是append的一个特点，而非bug。当每次调用append操作时，不用每次都关注是否需要分配新的内存。优势是，允许用户在循环内追加，而无需破坏垃圾回收。缺点是，开发者必须意识到，当多个goroutine中的同一个原始切片被操作时，会存在线程不安全风险。
03
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解决方案
最简单的解决方法是不使用多个切片操作同一个数组，以防止读写冲突。相反，创建一个具有所需总容量的新切片，并将新切片用作要追加的第一个变量。
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
func main() {
x := make([]string, 0, 6)
wg := sync.WaitGroup{}
wg.Add(2)
go func() {
defer wg.Done()
y := make([]string, 0, len(x) + 2) //分配新的内存
y = append(y, x...)
y = append(y, "Hello", "World", "!")
fmt.Printf("y slice len:%d, cap:%d, value:%+v\n", len(y), cap(y), y)
}()
go func() {
defer wg.Done()
z := make([]string, 0, len(x) + 2) //分配新的内存
z = append(z, x...)
z = append(z, "PHP", "Go", "Java")
fmt.Printf("z slice len:%d, cap:%d, value:%+v\n", len(z), cap(z), z)
}()
wg.Wait()
}04
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切片扩容基本规则
这里引用《Go专家编程》里面的基本扩容原则
1、 如果原slice的容量小于1024，则新slie的容量将扩大为原来的2倍 2 、如果原slice的容量大于或等于1024，则新slice的容量将扩大为原来的1.25倍 在该规则的基础上，还会考虑元素类型与内存分配规则，对实际扩张值做一些微调。从这个规则中可以看出Go对slice的性能和空间使用率的思考。 1、当切片较小时，采用较大的扩容倍速，可以避免频繁地扩容，从而减少内存分配的2、次数和数据拷贝的代价当切片较大时，采用较小的扩容倍速，主要是为了避免浪费空间。 Go专家编程
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