Go语言竞争状态阐述
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有并发，就有资源竞争，如果两个或者多个 goroutine 在没有相互同步的情况下，访问某个共享的资源，比如同时对该资源进行读写时，就会处于相互竞争的状态，这就是并发中的资源竞争。 并发本身并不复杂，但是因为有了资源竞争的问题，就使得我们开发出好的并发程序变得复杂起来，因为会引起很多莫名其妙的问题。 下面的代码中就会出现竞争状态： package main import ( "fmt" "runtime" "sync" ) var ( count int32 wg sync.WaitGroup ) func main() { wg.Add(2) go incCount() go incCount() wg.Wait() fmt.Println(count) } func incCount() { defer wg.Done() for i := 0; i < 2; i++ { value := count runtime.Gosched() value++ count = value } } 这是一个资源竞争的例子，大家可以将程序多运行几次，会发现结果可能是 2，也可以是 3，还可能是 4。这是因为 count 变量没有任何同步保护，所以两个 goroutine 都会对其进行读写，会导致对已经计算好的结果被覆盖，以至于产生错误结果。 代码中的 runtime.Gosched() 是让当前 goroutine 暂停的意思，退回执行队列，让其他等待的 goroutine 运行，目的是为了使资源竞争的结果更明显。 下面我们来分析一下程序的运行过程，将两个 goroutine 分别假设为 g1 和 g2： g1 读取到 count 的值为 0； 然后 g1 暂停了，切换到 g2 运行，g2 读取到 count 的值也为 0； g2 暂停，切换到 g1，g1 对 count+1，count 的值变为 1； g1 暂停，切换到 g2，g2 刚刚已经获取到值 0，对其 +1，最后赋值给 count，其结果还是 1； 可以看出 g1 对 count+1 的结果被 g2 给覆盖了，两个 goroutine 都 +1 而结果还是 1。 通过上面的分析可以看出，之所以出现上面的问题，是因为两个 goroutine 相互覆盖结果。 所以我们对于同一个资源的读写必须是原子化的，也就是说，同一时间只能允许有一个 goroutine 对共享资源进行读写操作。 共享资源竞争的问题，非常复杂，并且难以察觉，好在 Go 为我们提供了一个工具帮助我们检查，这个就是go build -race 命令。在项目目录下执行这个命令，生成一个可以执行文件，然后再运行这个可执行文件，就可以看到打印出的检测信息。 在go build命令中多加了一个-race 标志，这样生成的可执行程序就自带了检测资源竞争的功能，运行生成的可执行文件，效果如下所示： ================== WARNING: DATA RACE Read at 0x000000619cbc by goroutine 8: main.incCount() D:/code/src/main.go:25 +0x80
Previous write at 0x000000619cbc by goroutine 7: main.incCount() D:/code/src/main.go:28 +0x9f
Goroutine 8 (running) created at: main.main() D:/code/src/main.go:17 +0x7e
Goroutine 7 (finished) created at: main.main() D:/code/src/main.go:16 +0x66 ================== 4 Found 1 data race(s) 通过运行结果可以看出 goroutine 8 在代码 25 行读取共享资源value := count，而这时 goroutine 7 在代码 28 行修改共享资源count = value，而这两个 goroutine 都是从 main 函数的 16、17 行通过 go 关键字启动的。 锁住共享资源 Go语言提供了传统的同步 goroutine 的机制，就是对共享资源加锁。atomic 和 sync 包里的一些函数就可以对共享的资源进行加锁操作。 原子函数 原子函数能够以很底层的加锁机制来同步访问整型变量和指针，示例代码如下所示： package main import ( "fmt" "runtime" "sync" "sync/atomic" ) var ( counter int64 wg sync.WaitGroup ) func main() { wg.Add(2) go incCounter(1) go incCounter(2) wg.Wait() //等待goroutine结束 fmt.Println(counter) } func incCounter(id int) { defer wg.Done() for count := 0; count < 2; count++ { atomic.AddInt64(&counter, 1) //安全的对counter加1 runtime.Gosched() } } 上述代码中使用了 atmoic 包的 AddInt64 函数，这个函数会同步整型值的加法，方法是强制同一时刻只能有一个 gorountie 运行并完成这个加法操作。当 goroutine 试图去调用任何原子函数时，这些 goroutine 都会自动根据所引用的变量做同步处理。 另外两个有用的原子函数是 LoadInt64 和 StoreInt64。这两个函数提供了一种安全地读和写一个整型值的方式。下面是代码就使用了 LoadInt64 和 StoreInt64 函数来创建一个同步标志，这个标志可以向程序里多个 goroutine 通知某个特殊状态。 package main import ( "fmt" "sync" "sync/atomic" "time" ) var ( shutdown int64 wg sync.WaitGroup ) func main() { wg.Add(2) go doWork("A") go doWork("B") time.Sleep(1 * time.Second) fmt.Println("Shutdown Now") atomic.StoreInt64(&shutdown, 1) wg.Wait() } func doWork(name string) { defer wg.Done() for { fmt.Printf("Doing %s Work\n", name) time.Sleep(250 * time.Millisecond) if atomic.LoadInt64(&shutdown) == 1 { fmt.Printf("Shutting %s Down\n", name) break } } } 上面代码中 main 函数使用 StoreInt64 函数来安全地修改 shutdown 变量的值。如果哪个 doWork goroutine 试图在 main 函数调用 StoreInt64 的同时调用 LoadInt64 函数，那么原子函数会将这些调用互相同步，保证这些操作都是安全的，不会进入竞争状态。 互斥锁 另一种同步访问共享资源的方式是使用互斥锁，互斥锁这个名字来自互斥的概念。互斥锁用于在代码上创建一个临界区，保证同一时间只有一个 goroutine 可以执行这个临界代码。 示例代码如下所示： package main import ( "fmt" "runtime" "sync" ) var ( counter int64 wg sync.WaitGroup mutex sync.Mutex ) func main() { wg.Add(2) go incCounter(1) go incCounter(2) wg.Wait() fmt.Println(counter) } func incCounter(id int) { defer wg.Done() for count := 0; count < 2; count++ { //同一时刻只允许一个goroutine进入这个临界区 mutex.Lock() { value := counter runtime.Gosched() value++ counter = value } mutex.Unlock() //释放锁，允许其他正在等待的goroutine进入临界区 } } 同一时刻只有一个 goroutine 可以进入临界区。之后直到调用 Unlock 函数之后，其他 goroutine 才能进去临界区。当调用 runtime.Gosched 函数强制将当前 goroutine 退出当前线程后，调度器会再次分配这个 goroutine 继续运行。 （编辑：银川站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
