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go sync Once實(shí)現(xiàn)原理示例解析

 更新時(shí)間:2023年01月03日 11:18:12   作者:eleven26  
這篇文章主要為大家介紹了go sync Once實(shí)現(xiàn)原理示例解析,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步,早日升職加薪

正文

在很多情況下,我們可能需要控制某一段代碼只執(zhí)行一次,比如做某些初始化操作,如初始化數(shù)據(jù)庫(kù)連接等。 對(duì)于這種場(chǎng)景,go 為我們提供了 sync.Once 對(duì)象,它保證了某個(gè)動(dòng)作只被執(zhí)行一次。 當(dāng)然我們也是可以自己通過 Mutex 實(shí)現(xiàn) sync.Once 的功能,但是相比來說繁瑣了那么一點(diǎn), 因?yàn)槲覀儾粌H要自己去控制鎖,還要通過一個(gè)標(biāo)識(shí)來標(biāo)志是否已經(jīng)執(zhí)行過。

Once 的實(shí)現(xiàn)

Once 的實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單,如下,就只有 20 來行代碼,但里面包含了 go 并發(fā)、同步的一些常見處理方法。

package sync
import (
   "sync/atomic"
)
type Once struct {
   done uint32
   m    Mutex
}
func (o *Once) Do(f func()) {
   if atomic.LoadUint32(&o.done) == 0 {
      o.doSlow(f)
   }
}
func (o *Once) doSlow(f func()) {
   o.m.Lock()
   defer o.m.Unlock()
   if o.done == 0 {
      defer atomic.StoreUint32(&o.done, 1)
      f()
   }
}

簡(jiǎn)要說明:

  • done 字段指示了操作是否已執(zhí)行,也就是我們傳遞給 Do 的函數(shù)是否已經(jīng)被執(zhí)行。
  • Do 方法接收一個(gè)函數(shù)參數(shù),這個(gè)函數(shù)參數(shù)只會(huì)被執(zhí)行一次。
  • Once 內(nèi)部是通過 Mutex 來實(shí)現(xiàn)不同協(xié)程之間的同步的。

使用示例

在下面的例子中,once.Do(test) 被執(zhí)行了 3 次,但是最終 test 只被執(zhí)行了一次。

package sync
import (
   "fmt"
   "sync"
   "testing"
)
var once sync.Once
var a = 0
func test() {
   a++
}
func TestOnce(t *testing.T) {
   var wg sync.WaitGroup
   wg.Add(3)
   for i := 0; i < 3; i++ {
      go func() {
         // once.Do 會(huì)調(diào)用 3 次,但最終只會(huì)執(zhí)行一次
         once.Do(test)
         wg.Done()
      }()
   }
   wg.Wait()
   fmt.Println(a) // 1
}

Once 的一些工作機(jī)制

  • OnceDo 方法可以保證,在多個(gè) goroutine 同時(shí)執(zhí)行 Do 方法的時(shí)候, 在第一個(gè)搶占到 Do 執(zhí)行權(quán)的 goroutine 執(zhí)行返回之前,其他 goroutine 都會(huì)阻塞在 Once.Do 的調(diào)用上, 只有第一個(gè) Do 調(diào)用返回的時(shí)候,其他 goroutine 才可以繼續(xù)執(zhí)行下去,并且其他所有的 goroutine 不會(huì)再執(zhí)行傳遞給 Do 的函數(shù)。(如果是初始化的場(chǎng)景,這可以避免尚未初始化完成就執(zhí)行其他的操作)
  • 如果 Once.Do 發(fā)生 panic 的時(shí)候,傳遞給 Do 的函數(shù)依然被標(biāo)記為已完成。后續(xù)對(duì) Do 的調(diào)用也不會(huì)再執(zhí)行傳給 Do 的函數(shù)參數(shù)。
  • 我們不能簡(jiǎn)單地通過 atomic.CompareAndSwapUint32 來決定是否執(zhí)行 f(),因?yàn)樵诙鄠€(gè) goroutine 同時(shí)執(zhí)行的時(shí)候,它無法保證 f() 只被執(zhí)行一次。所以 Once 里面用了 Mutex,這樣就可以有效地保護(hù)臨界區(qū)。
// 錯(cuò)誤實(shí)現(xiàn),這不能保證 f 只被執(zhí)行一次
if atomic.CompareAndSwapUint32(&amp;o.done, 0, 1) {
    f()
}
  • Once.Do 的函數(shù)參數(shù)是沒有參數(shù)的,如果我們需要傳遞一些參數(shù),可以再對(duì) f 做一層包裹。
config.once.Do(func() { config.init(filename) })

Once 詳解

hotpath

這里說的 hotpath 指的是 Once 里的第一個(gè)字段 done

type Once struct {
   // hotpath
   done uint32
   m    Mutex
}

Once 結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)字段是 done,這是因?yàn)?done 的訪問是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 Once 中另外一個(gè)字段 m 的, 放在第一個(gè)字段中,編譯器就可以做一些優(yōu)化,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體的地址其實(shí)就是結(jié)構(gòu)體第一個(gè)字段的地址, 這樣一來,在訪問 done 字段的時(shí)候,就不需要通過結(jié)構(gòu)體地址 + 偏移量的方式來訪問, 這在一定程度上提高了性能。

結(jié)構(gòu)體地址計(jì)算示例:

type person struct {
   name string
   age  int
}
func TestStruct(t *testing.T) {
   var p = person{
      name: "foo",
      age:  10,
   }
   // p 和 p.name 的地址相同
   // 0xc0000100a8, 0xc0000100a8
   fmt.Printf("%p, %p\n", &p, &p.name)
   // p.age 的地址
   // 0xc0000100b8
   fmt.Printf("%p\n", &p.age)
   // p.age 的地址也可以通過:結(jié)構(gòu)體地址 + age 字段偏移量 計(jì)算得出。
   // 0xc0000100b8
   fmt.Println(unsafe.Add(unsafe.Pointer(&p), unsafe.Offsetof(p.age)))
}

atomic.LoadUint32

func (o *Once) Do(f func()) {
   if atomic.LoadUint32(&o.done) == 0 {
      o.doSlow(f)
   }
}

Do 方法中,是通過 atomic.LoadUint32 的方式來判斷 done 是否等于 0 的, 這是因?yàn)?,如果直接使?done == 0 的方式的話,就有可能導(dǎo)致在 doSlow 里面對(duì) done 設(shè)置為 1 之后, 在 Do 方法里面無法正常觀測(cè)到。因此用了 atomic.LoadUint32。

而在 doSlow 里面是可以通過 done == 0 來判斷的,這是因?yàn)?doSlow 里面已經(jīng)通過 Mutex 保護(hù)起來了。 唯一設(shè)置 done = 1 的地方就在臨界區(qū)里面,所以 doSlow 里面通過 done == 0 來判斷是完全沒有問題的。

atomic.StoreUint32

func (o *Once) doSlow(f func()) {
   o.m.Lock()
   defer o.m.Unlock()
   if o.done == 0 {
      defer atomic.StoreUint32(&amp;o.done, 1)
      f()
   }
}

doSlow 方法中,設(shè)置 done 為 1 也是通過 atomic.StoreUint32 來設(shè)置的。 這樣就可以保證在設(shè)置了 done 為 1 之后,可以及時(shí)被其他 goroutine 看到。

Mutex

doSlow 的實(shí)現(xiàn)里面,最終還是要通過 Mutex 來保護(hù)臨界區(qū), 通過 Mutex 可以實(shí)現(xiàn) f 只被執(zhí)行一次,并且其他的 goroutine 都可以使用這一次 f 的執(zhí)行結(jié)果。 因?yàn)槠渌?goroutine 在第一次 f 調(diào)用未返回之前,都阻塞在獲取 Mutex 鎖的地方, 當(dāng)它們獲取到 Mutex 鎖的時(shí)候,得以繼續(xù)往下執(zhí)行,但這個(gè)時(shí)候 f 已經(jīng)執(zhí)行完畢了, 所以當(dāng)它們獲取到 Mutex 鎖之后其實(shí)什么也沒有干。

但是它們的阻塞狀態(tài)被解除了,可以繼續(xù)往下執(zhí)行。

總結(jié)

  • Once 保證了傳入的函數(shù)只會(huì)執(zhí)行一次,這常常用在一些初始化的場(chǎng)景、或者單例模式。
  • Once 可以保證所有對(duì) Do 的并發(fā)調(diào)用都是安全的,所有對(duì) Once.Do 調(diào)用之后的操作,一定會(huì)在第一次對(duì) f 調(diào)用之后執(zhí)行。(沒有獲取到 f 執(zhí)行權(quán)的 goroutine 會(huì)阻塞)
  • 即使 Once.Do 里面的 f 出現(xiàn)了 panic,后續(xù)也不會(huì)再次調(diào)用 f。

以上就是go sync Once實(shí)現(xiàn)原理示例解析的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于go sync Once實(shí)現(xiàn)原理的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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