GO语言并发之好用的sync包详解

时间:2022-12-29 机智的程序员小熊人气:0

sync.Map 并发安全的Map

反例如下，两个Goroutine分别读写。

func unsafeMap(){
	var wg sync.WaitGroup
	m := make(map[int]int)
	wg.Add(2)
	go func() {
		defer wg.Done()
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			m[i] = i
		}
	}()

	go func() {
		defer wg.Done()
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			fmt.Println(m[i])
		}
	}()
	wg.Wait()
}

执行报错：

0
fatal error: concurrent map read and map write

goroutine 7 [running]:
runtime.throw({0x10a76fa, 0x0})
......

使用并发安全的Map

func safeMap() {
	var wg sync.WaitGroup
	var m sync.Map
	wg.Add(2)
	go func() {
		defer wg.Done()
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			m.Store(i, i)
		}
	}()

	go func() {
		defer wg.Done()
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			fmt.Println(m.Load(i))
		}
	}()
	wg.Wait()
}

不需要make就能使用
还内置了Store、Load、LoadOrStore、Delete、Range等操作方法，自行体验。

sync.Once 只执行一次

很多场景下我们需要确保某些操作在高并发的场景下只执行一次，例如只加载一次配置文件、只关闭一次通道等。

init 函数是当所在的 package 首次被加载时执行，若迟迟未被使用，则既浪费了内存，又延长了程序加载时间。

sync.Once 可以在代码的任意位置初始化和调用，因此可以延迟到使用时再执行，并发场景下是线程安全的。

在多数情况下，sync.Once 被用于控制变量的初始化，这个变量的读写满足如下三个条件：

当且仅当第一次访问某个变量时，进行初始化（写）；
变量初始化过程中，所有读都被阻塞，直到初始化完成；
变量仅初始化一次，初始化完成后驻留在内存里。

var loadOnce sync.Once
var x int
for i:=0;i<10;i++{
    loadOnce.Do(func() {
        x++
    })
}
fmt.Println(x)

输出

1

sync.Cond 条件变量控制

sync.Cond 基于互斥锁/读写锁，它和互斥锁的区别是什么呢？

互斥锁 sync.Mutex 通常用来保护临界区和共享资源，条件变量 sync.Cond 用来协调想要访问共享资源的 goroutine。

也就是在存在共享变量时，可以直接使用sync.Cond来协调共享变量，比如最常见的共享队列，多消费多生产的模式。

我一开始也很疑惑为什么不使用channel和select的模式来做生产者消费者模型（实际上也可以），这一节不是重点就不展开讨论了。

创建实例

func NewCond(l Locker) *Cond

NewCond 创建 Cond 实例时，需要关联一个锁。

广播唤醒所有

func (c *Cond) Broadcast()

Broadcast 唤醒所有等待条件变量 c 的 goroutine，无需锁保护。

唤醒一个协程

func (c *Cond) Signal()

Signal 只唤醒任意 1 个等待条件变量 c 的 goroutine，无需锁保护。

等待

func (c *Cond) Wait()

每个 Cond 实例都会关联一个锁 L（互斥锁 *Mutex，或读写锁 *RWMutex），当修改条件或者调用 Wait 方法时，必须加锁。

举个不恰当的例子，实现一个经典的生产者和消费者模式，但有先决条件：

边生产边消费，可以多生产多消费。
生产后通知消费。
队列为空时，暂停等待。
支持关闭，关闭后等待消费结束。
关闭后依然可以生产，但无法消费了。

var (
	cnt          int
	shuttingDown = false
	cond         = sync.NewCond(&sync.Mutex{})
)

cnt 为队列，这里直接用变量代替了，变量就是队列长度。
shuttingDown 消费关闭状态。
cond 现成的队列控制。

生产者

func Add(entry int) {
	cond.L.Lock()
	defer cond.L.Unlock()
	cnt += entry
	fmt.Println("生产咯，来消费吧")
	cond.Signal()
}

消费者

func Get() (int, bool) {
	cond.L.Lock()
	defer cond.L.Unlock()
	for cnt == 0 && !shuttingDown {
		fmt.Println("未关闭但空了，等待生产")
		cond.Wait()
	}
	if cnt == 0 {
		fmt.Println("关闭咯，也消费完咯")
		return 0, true
	}
	cnt--
	return 1, false
}

关闭程序

func Shutdown() {
	cond.L.Lock()
	defer cond.L.Unlock()
	shuttingDown = true
	fmt.Println("要关闭咯，大家快消费")
	cond.Broadcast()
}

主程序

var wg sync.WaitGroup
	wg.Add(2)
	time.Sleep(time.Second)
	go func() {
		defer wg.Done()
		for i := 0; i < 10; i++ {
			go Add(1)
			if i%5 == 0 {
				time.Sleep(time.Second)
			}
		}
	}()
	go func() {
		defer wg.Done()
		shuttingDown := false
		for !shuttingDown {
			var cur int
			cur, shuttingDown = Get()
			fmt.Printf("当前消费 %d, 队列剩余 %d \n", cur, cnt)
		}
	}()
	time.Sleep(time.Second * 5)
	Shutdown()
	wg.Wait()

分别创建生产者与消费者。
生产10个，每5个休息1秒。
持续消费。
主程序关闭队列。

输出

生产咯，来消费吧
当前消费 1, 队列剩余 0
未关闭但空了，等待生产
生产咯，来消费吧
生产咯，来消费吧
当前消费 1, 队列剩余 1
当前消费 1, 队列剩余 0
未关闭但空了，等待生产
生产咯，来消费吧
生产咯，来消费吧
生产咯，来消费吧
当前消费 1, 队列剩余 2
当前消费 1, 队列剩余 1
当前消费 1, 队列剩余 0
未关闭但空了，等待生产
生产咯，来消费吧
生产咯，来消费吧
生产咯，来消费吧
生产咯，来消费吧
当前消费 1, 队列剩余 1
当前消费 1, 队列剩余 2
当前消费 1, 队列剩余 1
当前消费 1, 队列剩余 0
未关闭但空了，等待生产
要关闭咯，大家快消费
关闭咯，也消费完咯
当前消费 0, 队列剩余 0

小结

1.sync.Map 并发安全的Map。

2.sync.Once 只执行一次，适用于配置读取、通道关闭。

3.sync.Cond 控制协调共享资源。

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