《Go语言四十二章经》第二十三章 同步与锁

《Go语言四十二章经》第二十三章 同步与锁

作者:李骁

23.1 同步锁

Go语言包中的sync包提供了两种锁类型:sync.Mutex和sync.RWMutex,前者是互斥锁,后者是读写锁。

互斥锁是传统的并发程序对共享资源进行访问控制的主要手段,在Go中,似乎更推崇由channel来实现资源共享和通信。它由标准库代码包sync中的Mutex结构体类型代表。只有两个公开方法:调用Lock()获得锁,调用unlock()释放锁。

  • 使用Lock()加锁后,不能再继续对其加锁(同一个goroutine中,即:同步调用),否则会panic。只有在unlock()之后才能再次Lock()。异步调用Lock(),是正当的锁竞争,当然不会有panic了。适用于读写不确定场景,即读写次数没有明显的区别,并且只允许只有一个读或者写的场景,所以该锁也叫做全局锁。

  • func (m *Mutex) Unlock()用于解锁m,如果在使用Unlock()前未加锁,就会引起一个运行错误。已经锁定的Mutex并不与特定的goroutine相关联,这样可以利用一个goroutine对其加锁,再利用其他goroutine对其解锁。

建议:同一个互斥锁的成对锁定和解锁操作放在同一层次的代码块中。
使用锁的经典模式:

var lck sync.Mutex
func foo() {
    lck.Lock() 
    defer lck.Unlock()
    // ...
}

lck.Lock()会阻塞直到获取锁,然后利用defer语句在函数返回时自动释放锁。

下面代码通过3个goroutine来体现sync.Mutex 对资源的访问控制特征:

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

func main() {
    wg := sync.WaitGroup{}

    var mutex sync.Mutex
    fmt.Println("Locking  (G0)")
    mutex.Lock()
    fmt.Println("locked (G0)")
    wg.Add(3)

    for i := 1; i < 4; i++ {
        go func(i int) {
            fmt.Printf("Locking (G%d)\n", i)
            mutex.Lock()
            fmt.Printf("locked (G%d)\n", i)

            time.Sleep(time.Second * 2)
            mutex.Unlock()
            fmt.Printf("unlocked (G%d)\n", i)
            wg.Done()
        }(i)
    }

    time.Sleep(time.Second * 5)
    fmt.Println("ready unlock (G0)")
    mutex.Unlock()
    fmt.Println("unlocked (G0)")

    wg.Wait()
}
程序输出:
Locking  (G0)
locked (G0)
Locking (G1)
Locking (G3)
Locking (G2)
ready unlock (G0)
unlocked (G0)
locked (G1)
unlocked (G1)
locked (G3)
locked (G2)
unlocked (G3)
unlocked (G2)

通过程序执行结果我们可以看到,当有锁释放时,才能进行lock动作,GO锁释放时,才有后续锁释放的可能,这里是G1抢到释放机会。

Mutex也可以作为struct的一部分,这样这个struct就会防止被多线程更改数据。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

type Book struct {
    BookName string
    L        *sync.Mutex
}

func (bk *Book) SetName(wg *sync.WaitGroup, name string) {
    defer func() {
        fmt.Println("Unlock set name:", name)
        bk.L.Unlock()
        wg.Done()
    }()

    bk.L.Lock()
    fmt.Println("Lock set name:", name)
    time.Sleep(1 * time.Second)
    bk.BookName = name
}

func main() {
    bk := Book{}
    bk.L = new(sync.Mutex)
    wg := &sync.WaitGroup{}
    books := []string{"《三国演义》", "《道德经》", "《西游记》"}
    for _, book := range books {
        wg.Add(1)
        go bk.SetName(wg, book)
    }

    wg.Wait()
}
程序输出:

Lock set name: 《西游记》
Unlock set name: 《西游记》
Lock set name: 《三国演义》
Unlock set name: 《三国演义》
Lock set name: 《道德经》
Unlock set name: 《道德经》

23.2 读写锁

读写锁是分别针对读操作和写操作进行锁定和解锁操作的互斥锁。在Go语言中,读写锁由结构体类型sync.RWMutex代表。

基本遵循原则:

  • 写锁定情况下,对读写锁进行读锁定或者写锁定,都将阻塞;而且读锁与写锁之间是互斥的;

  • 读锁定情况下,对读写锁进行写锁定,将阻塞;加读锁时不会阻塞;

  • 对未被写锁定的读写锁进行写解锁,会引发Panic;

  • 对未被读锁定的读写锁进行读解锁的时候也会引发Panic;

  • 写解锁在进行的同时会试图唤醒所有因进行读锁定而被阻塞的goroutine;

  • 读解锁在进行的时候则会试图唤醒一个因进行写锁定而被阻塞的goroutine。

与互斥锁类似,sync.RWMutex类型的零值就已经是立即可用的读写锁了。在此类型的方法集合中包含了两对方法,即:

RWMutex提供四个方法:

func (*RWMutex) Lock // 写锁定
func (*RWMutex) Unlock // 写解锁

func (*RWMutex) RLock // 读锁定
func (*RWMutex) RUnlock // 读解锁

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

var m *sync.RWMutex

func main() {
    wg := sync.WaitGroup{}
    wg.Add(20)
    var rwMutex sync.RWMutex
    Data := 0
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go func(t int) {
            rwMutex.RLock()
            defer rwMutex.RUnlock()
            fmt.Printf("Read data: %v\n", Data)
            wg.Done()
            time.Sleep(2 * time.Second)
            // 这句代码第一次运行后,读解锁。
            // 循环到第二个时,读锁定后,这个goroutine就没有阻塞,同时读成功。
        }(i)

        go func(t int) {
            rwMutex.Lock()
            defer rwMutex.Unlock()
            Data += t
            fmt.Printf("Write Data: %v %d \n", Data, t)
            wg.Done() 

// 这句代码让写锁的效果显示出来,写锁定下是需要解锁后才能写的。
            time.Sleep(2 * time.Second)     
}(i)
    }
    time.Sleep(5 * time.Second)
    wg.Wait()
}

23.3 sync.WaitGroup

前面例子中我们有使用WaitGroup,它用于线程同步,WaitGroup等待一组线程集合完成,才会继续向下执行。 主线程(goroutine)调用Add来设置等待的线程(goroutine)数量。 然后每个线程(goroutine)运行,并在完成后调用Done。 同时,Wait用来阻塞,直到所有线程(goroutine)完成才会向下执行。Add(-1)和Done()效果一致。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(t int) {
            defer wg.Done()
            fmt.Println(t)
        }(i)
    }
    wg.Wait()
}

23.4 sync.Once

sync.Once.Do(f func())能保证once只执行一次,这个sync.Once块只会执行一次。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

var once sync.Once

func main() {

    for i, v := range make([]string, 10) {
        once.Do(onces)
        fmt.Println("v:", v, "---i:", i)
    }

    for i := 0; i < 10; i++ {

        go func(i int) {
            once.Do(onced)
            fmt.Println(i)
        }(i)
    }
    time.Sleep(4000)
}
func onces() {
    fmt.Println("onces")
}
func onced() {
    fmt.Println("onced")
}

23.5 sync.Map

随着Go1.9的发布,有了一个新的特性,那就是sync.map,它是原生支持并发安全的map。虽然说普通map并不是线程安全(或者说并发安全),但一般情况下我们还是使用它,因为这足够了;只有在涉及到线程安全,再考虑sync.map。

但由于sync.Map的读取并不是类型安全的,所以我们在使用Load读取数据的时候我们需要做类型转换。

sync.Map的使用上和map有较大差异,详情见代码。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var m sync.Map

    //Store
    m.Store("name", "Joe")
    m.Store("gender", "Male")

    //LoadOrStore
    //若key不存在,则存入key和value,返回false和输入的value
    v, ok := m.LoadOrStore("name1", "Jim")
    fmt.Println(ok, v) //false Jim

    //若key已存在,则返回true和key对应的value,不会修改原来的value
    v, ok = m.LoadOrStore("name", "aaa")
    fmt.Println(ok, v) //true Joe

    //Load
    v, ok = m.Load("name")
    if ok {
        fmt.Println("key存在,值是: ", v)
    } else {
        fmt.Println("key不存在")
    }

    //Range
    //遍历sync.Map
    f := func(k, v interface{}) bool {
        fmt.Println(k, v)
        return true
    }
    m.Range(f)

    //Delete
    m.Delete("name1")
    fmt.Println(m.Load("name1"))

}

本书《Go语言四十二章经》内容在github上同步地址:https://github.com/ffhelicopter/Go42
本书《Go语言四十二章经》内容在简书同步地址: https://www.jianshu.com/nb/29056963

虽然本书中例子都经过实际运行,但难免出现错误和不足之处,烦请您指出;如有建议也欢迎交流。
联系邮箱:roteman@163.com

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 206,602评论 6 481
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 88,442评论 2 382
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 152,878评论 0 344
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 55,306评论 1 279
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 64,330评论 5 373
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,071评论 1 285
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,382评论 3 400
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,006评论 0 259
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 43,512评论 1 300
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,965评论 2 325
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,094评论 1 333
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,732评论 4 323
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,283评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,286评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,512评论 1 262
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 45,536评论 2 354
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,828评论 2 345

推荐阅读更多精彩内容