在Go語(yǔ)言中限嫌，不僅有channel這類(lèi)比較易用且高級(jí)的同步機(jī)制，還有sync.Mutex 时捌、sync.WaitGroup等比較原始的同步機(jī)制怒医。通過(guò)它們，我們可以更加靈活的控制數(shù)據(jù)的同步和多協(xié)程的并發(fā)奢讨。
資源競(jìng)爭(zhēng)
在一個(gè)goroutine中稚叹，如果分配的內(nèi)存沒(méi)有被其他goroutine訪問(wèn)，之后在該goroutine中是喲和哪個(gè)拿诸，那么不存在資源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題扒袖。但如果同一塊內(nèi)容被多個(gè)goroutine同時(shí)訪問(wèn)，就會(huì)產(chǎn)生不知道誰(shuí)先訪問(wèn)也就無(wú)法預(yù)料結(jié)果亩码。這就是資源競(jìng)爭(zhēng)季率，這塊內(nèi)存也可以稱(chēng)為**共享資源**。
// 共享資源
sum := 0
func main () {
// 開(kāi)啟100個(gè)協(xié)程 sum+10
for i:=0; i <100; i++ {
go add(10)
}
// 防止提前退出
tiem.Sleep(2 * time.Second)
fmt.Println("和為："描沟， sum)
}
func add(i int) {
sum += i
}
// 示例中飒泻，結(jié)果可能是990或者980，并不是預(yù)期的1000吏廉。導(dǎo)致這種情況發(fā)送的核心原因是sum并不是并發(fā)安全的泞遗，因?yàn)橥瑫r(shí)有多個(gè)協(xié)程交叉執(zhí)行 sum += i,產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。
**小技巧**：使用go build席覆、go run史辙、go test這些Go語(yǔ)言工具鏈提供的命令式，添加-race標(biāo)記可以幫我們檢查Go語(yǔ)言代碼是否存在資源競(jìng)爭(zhēng)佩伤。
同步原語(yǔ)
sync.Mutex
互斥鎖聊倔，顧名思義，指的是同一時(shí)刻只有一個(gè)協(xié)程執(zhí)行某段代碼生巡，其它協(xié)程都要等待該協(xié)程執(zhí)行完才能繼續(xù)執(zhí)行方库。 改造上述示例，聲明一個(gè)互斥鎖mutex障斋，修改add函數(shù)纵潦，訪問(wèn)共享資源的代碼片段就并發(fā)安全了徐鹤。
sum：= 0
mutex := sync.Mutex
func add(i int) {
mutex.Lock()
defer mutex.Unlock()
sum += i
}
// 被解鎖保護(hù)的sum += i 代碼片段又稱(chēng)為臨界區(qū)。在同步原語(yǔ)設(shè)計(jì)中邀层，臨界區(qū)指的是一個(gè)訪問(wèn)共享資源的代碼片段返敬，而這些共享資源又有無(wú)法同時(shí)被多個(gè)協(xié)程訪問(wèn)的特征。當(dāng)有協(xié)程進(jìn)入臨界區(qū)段時(shí)寥院，其它協(xié)程必須等待劲赠，這樣就保證了臨界區(qū)的并發(fā)安全。
互斥鎖的使用非常簡(jiǎn)單秸谢，它只有兩個(gè)方法Lock()和Unlock()凛澎，代表加鎖和解鎖。當(dāng)一個(gè)協(xié)程獲得Mutex鎖后估蹄，其它協(xié)程只能等到Mutex鎖釋放后才能再次獲得鎖塑煎。
Muetx 的 Lock 和 Unlock 方法總是成對(duì)出現(xiàn)，而且要確保Lock 獲得鎖后臭蚁，一定執(zhí)行Unlock釋放鎖最铁，所以在函數(shù)或方法中會(huì) **采用defer 語(yǔ)句釋放鎖**。 這樣可以確保所以丁被釋放垮兑，不會(huì)被遺忘冷尉。
sync.RWMutex
sync.Muetx對(duì)共享資源進(jìn)行了加鎖，保證并發(fā)安全系枪。如果讀取操作也是多個(gè)協(xié)程呢雀哨？
func main() {
for i := 0; i < 100; i ++ {
go add(10)
}
for i := 1; i <10 ; i++ {
go fmt.Println("和為："， getSum())
}
time.Sleep(2 * time.Second)
}
func getSum() int {
b := sum
return b
}
// 開(kāi)啟了10個(gè)協(xié)程私爷，同時(shí)讀取sum的值震束。因?yàn)間etSum函數(shù)沒(méi)有任何加鎖控制，所以它不是并發(fā)安全的当犯，即一個(gè)goroutine在執(zhí)行sum+=i 操作時(shí)，另一個(gè)goroutine可能在執(zhí)行 b:=sum 操作割疾，這就會(huì)導(dǎo)致讀取的sum值是一個(gè)過(guò)期的值嚎卫，結(jié)果不可預(yù)期， 要解決資源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題宏榕，可以使用互斥鎖sync.Mutex
func getSum() int {
mutex.Lock()
defer mutex.Unlock()
b := sum
return b
}
因?yàn)閍dd 和 getSum函數(shù)使用的是同一個(gè)sync.Muetx拓诸，所以它們的操作是互斥的，也就是一個(gè)goroutine進(jìn)行修改操作時(shí)麻昼，另一個(gè)goroutine讀取操作會(huì)等待奠支，直到修改操作完畢。
我們解決了goroutine同時(shí)讀寫(xiě)的資源競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題抚芦，但是又遇到了另一個(gè)問(wèn)題——性能倍谜。因?yàn)槊看巫x寫(xiě)共享資源都要加鎖迈螟，所以性能底下，如何解決呢尔崔？
讀寫(xiě)這個(gè)特殊的場(chǎng)景答毫，有以下幾種情況：
1. 寫(xiě)的時(shí)候不能同時(shí)讀，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候讀取的話可能讀到臟數(shù)據(jù)
2. 讀的時(shí)候不能同時(shí)寫(xiě)季春，因?yàn)橐部赡墚a(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果
3. 讀的時(shí)候可以同時(shí)讀洗搂，因?yàn)閿?shù)據(jù)不會(huì)改變，所以不管多少個(gè)goroutine讀都是并發(fā)安全的
所以可以通過(guò)sync.RWMutex 來(lái)優(yōu)化此段代碼载弄，提升性能耘拇。改用讀寫(xiě)鎖，來(lái)實(shí)現(xiàn)我們想要的結(jié)果
var mutex snyx.RWMutex
func getSum() int {
// 獲取讀寫(xiě)鎖
mutex.RLock()
defer mutex.RUnlock()
b := sum
return b
}
// 這樣性能會(huì)有很大提升宇攻，因?yàn)槎鄠€(gè)goroutine可以同時(shí)讀取數(shù)據(jù)惫叛，不再相互等待。
sync.WaitGroup
我們上述的示例中使用了time.Sleep函數(shù)尺碰， 是為了防止主函數(shù)main() 返回挣棕，一旦main函數(shù)范湖了， 程序也就退出了亲桥。 **提示**：一個(gè)函數(shù)或方法的返回(return) 也就意味著當(dāng)前函數(shù)執(zhí)行完畢洛心。
如我們我們執(zhí)行100個(gè)add協(xié)程和10個(gè)getSum協(xié)程，不知道什么時(shí)候執(zhí)行完畢题篷，所以設(shè)置了比較長(zhǎng)的等待時(shí)間词身，但是存在一個(gè)問(wèn)題，如果這110個(gè)協(xié)程很快就執(zhí)行完畢番枚，main函數(shù)應(yīng)該提前返回法严，但是還要等待一會(huì)才能返回，會(huì)產(chǎn)生性能問(wèn)題葫笼。但是如果等待時(shí)間截止時(shí)深啤，協(xié)程沒(méi)有執(zhí)行完畢，程序會(huì)提前退出路星，導(dǎo)致有協(xié)程沒(méi)有執(zhí)行完溯街，產(chǎn)生不可預(yù)知的結(jié)果。
如何解決這個(gè)問(wèn)題呢洋丐？ 有沒(méi)有辦法監(jiān)聽(tīng)所有協(xié)程的執(zhí)行呈昔，一旦全部執(zhí)行完畢，程序馬上退出友绝，這樣既可保證所有協(xié)程執(zhí)行完畢堤尾，又可以及時(shí)退出節(jié)省時(shí)間，提升性能迁客。Channel可以解決這個(gè)問(wèn)題郭宝，不過(guò)很復(fù)雜辞槐。Go語(yǔ)言提供了更簡(jiǎn)潔的方法，它就是 **sync.WaitGroup**剩蟀。
func run() {
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(110)
for i := 0; i< 100; i ++ {
go func() {
// 計(jì)數(shù)器減1
defer wg.Done()
add(10)
}()
}
for i := 1; i < 10 ; i++ {
go func() {
defer wg.Done()
fmt.Println("sum is", getSum())
}()
}
// 一直等待催蝗，直到計(jì)數(shù)器值為0
wg.Wait()
}
sync.WaitGroup使用比較簡(jiǎn)單，一共分為三步：
- 聲明一個(gè)sync.WaitGroup育特，然后通過(guò)Add方法設(shè)置計(jì)數(shù)器的值丙号，需要跟蹤多少個(gè)協(xié)程就設(shè)置多少
- 在每個(gè)協(xié)程執(zhí)行完畢時(shí)調(diào)用Done方法，讓計(jì)數(shù)器減1缰冤，告訴sync.WaiGroup 該協(xié)程已經(jīng)執(zhí)行完畢
- 最后調(diào)用Wait方法一直等待犬缨，直到計(jì)數(shù)器值為0，也就是所有跟蹤的協(xié)程都執(zhí)行完畢
通過(guò)sync.WaitGroup可以很好地跟蹤協(xié)程棉浸。在協(xié)程執(zhí)行完畢后怀薛，整個(gè)函數(shù)才會(huì)執(zhí)行完畢，時(shí)間不多不少迷郑，正好是協(xié)程執(zhí)行的時(shí)間枝恋。
sync.WaitGroup適合協(xié)調(diào)多個(gè)協(xié)程共同做一件事情的場(chǎng)景，比如下載一個(gè)文件嗡害，假設(shè)使用10個(gè)協(xié)程焚碌，每個(gè)協(xié)程寫(xiě)在1/10，只有10個(gè)協(xié)程都下載好了整個(gè)文件才下載好了霸妹。這就是我們經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)的多線程下載十电，通過(guò)多個(gè)線程共同做一件事情，顯著提高效率叹螟。==小提示==我們可以把Go語(yǔ)言的協(xié)程理解為平常說(shuō)的線程鹃骂，從用戶體驗(yàn)上并無(wú)不可，但是從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上罢绽，它們是不一樣的畏线。
sync.Once
在實(shí)際工作中，可能會(huì)有這樣的需求：讓代碼只執(zhí)行一次良价，哪怕是高并發(fā)情況下寝殴，比如創(chuàng)建一個(gè)單例。針對(duì)這種情形棚壁，Go語(yǔ)言為我們提供了sync.Once來(lái)保證代碼只執(zhí)行一次。
func main() {
doOnce()
}
func doOnce() {
var once sync.Once
onceBody := func() {
fmt.Println("Only once")
}
// 用于等待協(xié)程執(zhí)行完畢
done := make(chan bool)
// 啟動(dòng)10個(gè)協(xié)程執(zhí)行once.Do(onceBody)
for i := 1; i < 10; i++ {
go func(){
go func() {
// 把要執(zhí)行的函數(shù)(方法)作為參數(shù)傳給once.Do方法即可
once.Do(onceBody)
done <- true
}
}()
}
for i := 10; i < 10 ; i++{
<- done
}
}
這是Go語(yǔ)言自帶的一個(gè)示例栈虚，雖然啟動(dòng)了10個(gè)協(xié)程來(lái)執(zhí)行onceBody函數(shù)袖外，但是因?yàn)橛昧薿nce.Do方法，所以函數(shù)onceBody只會(huì)執(zhí)行一次魂务。也就是在高并發(fā)的情況下曼验，sync.Once也會(huì)保證onceBody函數(shù)只執(zhí)行一次泌射。
sync.Once 適用于創(chuàng)建某個(gè)對(duì)象的單例、只加載一次的資源等只執(zhí)行一次的場(chǎng)景鬓照。
sync.Cond
在Go語(yǔ)言中熔酷，sync.WaitGroup用于最終完成的場(chǎng)景，關(guān)鍵點(diǎn)在于一定要等待所有協(xié)程都執(zhí)行完畢豺裆。而**sync.Cond 可以用于發(fā)號(hào)施令**拒秘，一聲令下所有協(xié)程都可以開(kāi)始執(zhí)行，關(guān)鍵點(diǎn)在于協(xié)程開(kāi)始的時(shí)候是等待的臭猜，要等待sync.Cond喚醒才能執(zhí)行躺酒。
sync.Cond從字面意思看是條件變量，它具有阻塞協(xié)程和喚醒協(xié)程的功能蔑歌，所有可以在滿足一定條件的情況下喚醒協(xié)程羹应，但條件變量只是它的一種使用場(chǎng)景。
// 10個(gè)人賽跑次屠，1人裁判發(fā)號(hào)施令
func race() {
cond := sync.NewCond(&sync.Mutex{})
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(11)
for i := 1; i < 10; i++ {
go func(num int) {
defer wg.Done()
fmt.Println(num, "號(hào)已就位")
cond.L.Lock()
cond.Wait() // 等待發(fā)令槍響
fmt.Println(num, "號(hào)開(kāi)始跑")
cond.L.Unlock()
}(i)
}
time.Sleep(2 * time.Second)
go func(){
defer wg.Done()
fmt.Println("裁判已就位园匹，準(zhǔn)備發(fā)令槍")
fmt.Println("比賽開(kāi)始，大家開(kāi)始跑")
cond.Broadcast() // 發(fā)令槍響
}()
wg.wait()
}
大概步驟：
- 通過(guò)sync.NewCond函數(shù)生成一個(gè)*sync.Cond劫灶，用于阻塞和喚醒協(xié)程
- 然后啟動(dòng)10個(gè)協(xié)程模擬10個(gè)人裸违，準(zhǔn)備就位后調(diào)用cond.Wait()方法阻塞當(dāng)前協(xié)程等待發(fā)令槍響，這里需要注意的是調(diào)用cond.Wait()方法是要加鎖
- time.Sleep 用于等待所有人都進(jìn)入wait狀態(tài)浑此，這樣裁判才能調(diào)用cond.Broadcast()發(fā)號(hào)施令
- 裁判準(zhǔn)備完畢后累颂，可以調(diào)用cond.Broadcast通知所有人開(kāi)始跑了
sync.Cond 有三個(gè)方法，分別是：
- Wait凛俱，阻塞當(dāng)前協(xié)程紊馏，知道被其他協(xié)程調(diào)用Broadcast 或者 Signal 方法喚醒，使用的時(shí)候需要加鎖蒲犬，使用sync.Cond中的鎖即可朱监，也就是L字段
- **Signal **，喚醒一個(gè)等待時(shí)間最長(zhǎng)的協(xié)程
- Broadcast原叮，喚醒所有等待的協(xié)程
注意：在調(diào)用signal 或者Broadcast之前赫编，要確保目標(biāo)協(xié)程處于Wait阻塞狀態(tài)，不然會(huì)出現(xiàn)死鎖問(wèn)題奋隶。
小結(jié)：我們了解了Go語(yǔ)言的同步原語(yǔ)使用擂送，通過(guò)它們可以更靈活的控制多協(xié)程的并發(fā)。從使用上講唯欣，Go語(yǔ)言還是更推薦channel這種更高級(jí)別的并發(fā)控制方式嘹吨，因?yàn)樗?jiǎn)潔，也更容易理解和使用境氢。同步原語(yǔ)通常用于更復(fù)雜的并發(fā)控制蟀拷，如果追求更靈活的控制方式和性能碰纬，可以使用它們。
