1.sync.Mutex和sync.RWMutex

要知道，mutex（互斥）對(duì)于我們 gopher 來(lái)說就像一個(gè)老伙計(jì)。在處理 goroutine 時(shí)，確保它們不會(huì)同時(shí)訪問資源是非常重要的，而 mutex 可以幫助我們做到這一點(diǎn)。

sync.Mutex

看看這個(gè)簡(jiǎn)單的例子，我沒有使用互斥鎖來(lái)保護(hù)我們的變量 a：

var a = 0
func Add() {
  a++
}
func main() {
  for i := 0; i < 500; i++ {
    go Add()
  }
  time.Sleep(5 * time.Second)
  fmt.Println(a)
}

此代碼的結(jié)果是不可預(yù)測(cè)的。如果幸運(yùn)的話，您可能會(huì)得到 500，但通常結(jié)果會(huì)小于 500?，F(xiàn)在，讓我們使用互斥體增強(qiáng)我們的 Add 函數(shù)：

var mtx = sync.Mutex{}
func Add() {
  mtx.Lock()
  defer mtx.Unlock()
  a++
}

現(xiàn)在，代碼提供了預(yù)期的結(jié)果。但是使用 sync.RWMutex 呢？

為什么使用 sync.RWMutex

想象一下，您正在檢查 a 變量，但其他 goroutines 也在調(diào)整它。您可能會(huì)得到過時(shí)的信息。那么，解決這個(gè)問題的方法是什么？

讓我們退后一步，使用我們的舊方法，將 sync.Mutex 添加到我們的 Get() 函數(shù)中：

func Add() {
  mtx.Lock()
  defer mtx.Unlock()
  a++
}
func Get() int {
  mtx.Lock()
  defer mtx.Unlock()
  return a
}

但這里的問題是，如果您的服務(wù)或程序調(diào)用 Get() 數(shù)百萬(wàn)次而只調(diào)用 Add() 幾次，那么我們實(shí)際上是在浪費(fèi)資源，因?yàn)槲覀兇蟛糠謺r(shí)間甚至都沒有修改它而將所有內(nèi)容都鎖定了。

這就是 sync.RWMutex 突然出現(xiàn)來(lái)拯救我們的一天，這個(gè)聰明的小工具旨在幫助我們處理同時(shí)讀取和寫入的情況。

var mtx = sync.RWMutex{}
func Add() {
  mtx.Lock()
  defer mtx.Unlock()
  a++
}
func Look() {
  mtx.RLock()
  defer mtx.RUnlock()
  fmt.Println(a)
}

那么，RWMutex 有什么了不起的呢？好吧，它允許數(shù)百萬(wàn)次并發(fā)讀取，同時(shí)確保一次只能進(jìn)行一次寫入。讓我澄清一下它是如何工作的：

• 寫入時(shí)，讀取被鎖定。
• 讀取時(shí)，寫入被鎖定。
• 多次讀取不會(huì)相互鎖定。

sync.Locker

哦對(duì)了，Mutex和RWMutex都實(shí)現(xiàn)了sync.Locker接口{}，簽名是這樣的：

// A Locker represents an object that can be locked and unlocked.
type Locker interface {
  Lock()
  Unlock()
}

如果你想創(chuàng)建一個(gè)接受 Locker 的函數(shù)，你可以將這個(gè)函數(shù)與你的自定義 locker 或同步互斥鎖一起使用：

func Add(mtx sync.Locker) {
  mtx.Lock()
  defer mtx.Unlock()
  a++
}

2. sync.WaitGroup

您可能已經(jīng)注意到我使用了 time.Sleep(5 * time.Second) 來(lái)等待所有 goroutine 完成，但老實(shí)說，這是一個(gè)非常丑陋的解決方案。

這就是 sync.WaitGroup 出現(xiàn)的地方：

func main() {
  wg := sync.WaitGroup{}
  for i := 0; i < 500; i++ {
    wg.Add(1)
    go func() {
      defer wg.Done()
      Add()
    }()
  }
  wg.Wait()
  fmt.Println(a)
}

sync.WaitGroup 有 3 個(gè)主要方法：Add、Done 和 Wait。

首先是 Add(delta int)：此方法將 WaitGroup 計(jì)數(shù)器增加 delta 的值。你通常會(huì)在生成 goroutine 之前調(diào)用它，表示有一個(gè)額外的任務(wù)需要完成。

如果我們將 WaitGroup 放在 go func() {} 中，您認(rèn)為會(huì)發(fā)生什么？

go func() {
  wg.Add(1)
  defer wg.Done()
  Add()
}()

我的編譯器喊道，“應(yīng)該在啟動(dòng) goroutine 之前調(diào)用 wg.Add(1) 以避免競(jìng)爭(zhēng)”，我的運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)恐慌，“panic: sync: WaitGroup is reused before previous

Wait has returned”。

其他兩種方法非常簡(jiǎn)單：

當(dāng)一個(gè) goroutine 結(jié)束它的任務(wù)時(shí)， Done 被調(diào)用。

Wait 會(huì)阻塞調(diào)用者，直到 WaitGroup 計(jì)數(shù)器歸零，這意味著所有派生的 goroutine 都已完成它們的任務(wù)。

3. sync.Once

假設(shè)您在一個(gè)包中有一個(gè) CreateInstance() 函數(shù)，但您需要確保它在使用前已初始化。所以你在不同的地方多次調(diào)用它，你的實(shí)現(xiàn)看起來(lái)像這樣：

var i = 0
var _isInitialized = false
func CreateInstance() {
  if _isInitialized {
    return
  }
  i = GetISomewhere()
  _isInitialized = true
}

但是如果有多個(gè) goroutine 調(diào)用這個(gè)方法呢？ i = GetISomeWhere 行會(huì)運(yùn)行多次，即使您為了穩(wěn)定性只希望它執(zhí)行一次。

您可以使用我們之前討論過的互斥鎖，但同步包提供了一種更方便的方法：sync.Once

var i = 0
var once = &sync.Once{}
func CreateInstance() {
  once.Do(func() {
    i = GetISomewhere()
  })
}

使用 sync.Once，你可以確保一個(gè)函數(shù)只執(zhí)行一次，不管它被調(diào)用了多少次或者有多少 goroutines 同時(shí)調(diào)用它。

4. sync.Pool

想象一下，你有一個(gè)池，里面有一堆你想反復(fù)使用的對(duì)象。這可以減輕垃圾收集器的一些壓力，尤其是在創(chuàng)建和銷毀這些資源的成本很高的情況下。

所以，無(wú)論何時(shí)你需要一個(gè)對(duì)象，你都可以從池中取出它。當(dāng)您使用完它時(shí)，您可以將它放回池中以備日后重復(fù)使用。

var pool = sync.Pool{
  New: func() interface{} {
    return 0
  },
}
func main() {
  pool.Put(1)
  pool.Put(2)
  pool.Put(3)
  a := pool.Get().(int)
  b := pool.Get().(int)
  c := pool.Get().(int)
  fmt.Println(a, b, c) // Output: 1, 3, 2 (order may vary)
}

請(qǐng)記住，將對(duì)象放入池中的順序不一定是它們出來(lái)的順序，即使多次運(yùn)行上述代碼時(shí)順序也是隨機(jī)。

讓我分享一些使用 sync.Pool 的技巧：

• 它非常適合長(zhǎng)期存在并且有多個(gè)實(shí)例需要管理的對(duì)象，例如數(shù)據(jù)庫(kù)連接（1000 個(gè)連接？）、worker goroutine，甚至緩沖區(qū)。
• 在將對(duì)象返回池之前始終重置對(duì)象的狀態(tài)。這樣，您可以避免任何無(wú)意的數(shù)據(jù)泄漏或奇怪的行為。
• 不要指望池中已經(jīng)存在的對(duì)象，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)意外釋放。

5. sync.Map

當(dāng)您同時(shí)使用 map 時(shí)，有點(diǎn)像使用 RWMutex。您可以同時(shí)進(jìn)行多次讀取，但不能進(jìn)行多次讀寫或?qū)懭?。如果存在沖突，您的服務(wù)將崩潰而不是覆蓋數(shù)據(jù)或?qū)е乱馔庑袨椤?/p>

這就是 sync.Map 派上用場(chǎng)的地方，因?yàn)樗梢詭椭覀儽苊膺@個(gè)問題。讓我們仔細(xì)看看 sync.Map 給我們提供什么：

• CompareAndDelete (go 1.20)：如果值匹配則刪除鍵的條目；如果不存在值或舊值為 nil，則返回 false。
• CompareAndSwap（go 1.20）：如果新舊值匹配，則交換一個(gè)鍵，只要確保舊值是可比較的。
• Swap (go 1.20)：交換鍵的值并返回舊值（如果存在）。
• LoadOrStore：獲取當(dāng)前鍵值或保存并返回提供的值（如果不存在）
• Range (f func(key, value any)：遍歷映射，將函數(shù) f 應(yīng)用于每個(gè)鍵值對(duì)。如果 f 說返回 false，它會(huì)停止。
• Store
• Delete
• Load
• LoadAndDelete

Q: 我們?yōu)槭裁床皇褂脦в?Mutex 的常規(guī) map 呢？

我通常選擇帶有 RWMutex 的 map，但在某些情況下認(rèn)識(shí)到 sync.Map 的強(qiáng)大功能很重要。那么，它真正發(fā)光的地方在哪里呢？

如果您有許多 goroutines 訪問 map 中的單獨(dú)鍵，則具有單個(gè)互斥鎖的常規(guī) map 可能會(huì)導(dǎo)致爭(zhēng)用，因?yàn)樗鼉H針對(duì)單個(gè)寫操作鎖定整個(gè) map。

另一方面，sync.Map 使用更完善的鎖定機(jī)制，有助于最大限度地減少此類場(chǎng)景中的爭(zhēng)用。

6. sync.Cond

將 sync.Cond 視為支持多個(gè) goroutine 等待和相互交互的條件變量。為了更好地理解，讓我們看看如何使用它。

首先，我們需要?jiǎng)?chuàng)建帶有 Locker 的 sync.Cond：

var mtx sync.Mutex
var cond = sync.NewCond(&mtx)

goroutine 調(diào)用 cond.Wait 并等待來(lái)自其他地方的信號(hào)以繼續(xù)執(zhí)行：

func dummyGoroutine(id int) {
  cond.L.Lock()
  defer cond.L.Unlock()
  fmt.Printf("Goroutine %d is waiting...\n", id)
  cond.Wait()
  fmt.Printf("Goroutine %d received the signal.\n", id)
}

然后，另一個(gè) goroutine（就像主 goroutine）調(diào)用 cond.Signal()，讓我們等待的 goroutine 繼續(xù)：

func main() {
  go dummyGoroutine(1)
  time.Sleep(1 * time.Second)
  fmt.Println("Sending signal...")
  cond.Signal()
  time.Sleep(1 * time.Second)
}

結(jié)果如下所示：

Goroutine 1 is waiting...
Sending signal...
Goroutine 1 received the signal.

如果有多個(gè) goroutines 在等待我們的信號(hào)怎么辦？這就是我們可以使用廣播的時(shí)候：

func main() {
  go dummyGoroutine(1)
  go dummyGoroutine(2)
  
  time.Sleep(1 * time.Second)
  cond.Broadcast() // broadcast to all goroutines
  time.Sleep(1 * time.Second)
}

結(jié)果如下所示：

Goroutine 1 is waiting...
Goroutine 2 is waiting...
Goroutine 2 received the signal.
Goroutine 1 received the signal.

到此這篇關(guān)于Go語(yǔ)言并發(fā)之Sync包的6個(gè)關(guān)鍵概念總結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go語(yǔ)言Sync包內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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