并发原语的种类及使用场景
- 种类
互斥锁 Mutex、读写锁 RWMutex、并发编排 WaitGroup、条件变量 Cond、Channel 等同步原语 - 使用场景
1、共享资源。并发地读写共享资源，会出现数据竞争的问题，需要 Mutex、RWMutex 这样的并发原语来保护。
2、任务编排。需要 goroutine 按照一定的规律执行，而 goroutine 之间有相互等待或者依赖的顺序关系，常使用 WaitGroup 或者 Channel 来实现。
3、消息传递。信息交流以及不同的 goroutine 之间的线程安全的数据交流，常使用 Channel 来实现。
Mutex 互斥锁
正常模式
waiter 都是进入先入先出队列，被唤醒的 waiter 并不会直接持有锁，而是要和新来的 goroutine 进行竞争，都需要自旋来获取锁，源码里时循环四次。新来的 goroutine 有先天的优势，它们正在 CPU 中运行，可能它们的数量还不少，所以，在高并发情况下，被唤醒的 waiter 可能比较悲剧地获取不到锁，这时，它会被插入到队列的前面。如果 waiter 获取不到锁的时间超过阈值 1 毫秒，那么，这个 Mutex 就进入到了饥饿模式。饥饿模式
Mutex 的拥有者将直接把锁交给队列最前面的 waiter。新来的 goroutine 不会尝试获取锁，即使看起来锁没有被持有，它也不会去抢，也不会 spin（自旋），它会乖乖地加入到等待队列的尾部
如何切换至正常模式：- waiter 已经是队列中的最后一个 waiter 了，没有其它的等待锁的 goroutine 了
- 此 waiter 的等待时间小于 1 毫秒。
易错场景注意
- Lock/Unlock 需要成对出现，没有成对出现，就意味着会出现死锁，正常使用defer 来 Unlock即可
- 不能 Copy 已使用的 Mutex，因为在并发环境下，根本不知道要复制的 Mutex 状态是什么，因为要复制的 Mutex 是由其它 goroutine 并发访问的，状态可能总是在变化，可以使用 go vet main.go来检查
- 重入，Mutex 不是可重入的锁
- 死锁，四大特性：互斥、持有和等待、不可剥夺、环路等待
使用起来很简单，代码也很简单，写个demo
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22type Counter struct {
sync.Mutex
Count uint64
}
func main() {
var counter Counter
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(10)
for i := 0; i < 10; i++ {
go func() {
defer wg.Done()
for j := 0; j < 1000; j++ {
counter.Lock()
counter.Count++
counter.Unlock()
}
}()
}
wg.Wait()
fmt.Println(counter.Count)
}RWMutex 读写锁
简单解释下
RWMutex 在某一时刻只能由任意数量的 reader 持有，或者是只被单个的 writer 持有。RWMutex 结构体
1
2
3
4
5
6
7
8
9type RWMutex struct {
w Mutex // 互斥锁解决多个writer的竞争
writerSem uint32 // writer信号量
readerSem uint32 // reader信号量
readerCount int32 // reader的数量
readerWait int32 // writer等待完成的reader的数量
}
const rwmutexMaxReaders = 1 << 30易错场景注意
- Lock 和 Unlock 的调用总是成对出现的，RLock 和 RUnlock 的调用也必须成对出现。Lock 和 RLock 多余的调用会导致锁没有被释放，可能会出现死锁，而 Unlock 和 RUnlock 多余的调用会导致 panic
- 不可复制 类似 Mutex
- 死锁
一个 demo 代码
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35func main() {
var counter Counter
for i := 0; i < 10; i++ { // 10个reader
go func() {
for {
counter.Count() // 计数器读操作
time.Sleep(time.Millisecond)
}
}()
}
for { // 一个writer
counter.Incr() // 计数器写操作
time.Sleep(time.Second)
}
}
// 一个线程安全的计数器
type Counter struct {
mu sync.RWMutex
count uint64
}
// 使用写锁保护
func (c *Counter) Incr() {
c.mu.Lock()
c.count++
c.mu.Unlock()
}
// 使用读锁保护
func (c *Counter) Count() uint64 {
c.mu.RLock()
defer c.mu.RUnlock()
return c.count
}WaitGroup：协同等待，任务编排利器
实现原理
sync.WaitGroup 没有使用channel，而是依赖于信号量来实现阻塞和同步机制。信号量提供了一种低开销、高效的同步手段，特别适合需要高性能的场景基础方法
1
2
3func (wg *WaitGroup) Add(delta int) // 用来设置 WaitGroup 的计数值；
func (wg *WaitGroup) Done() // WaitGroup 的计数值减 1，其实就是调用了 Add(-1)；
func (wg *WaitGroup) Wait() // WaitGroup 的计数值减 1，其实就是调用了 Add(-1)；注意点：
- 计数器不能设置为负值
- 预先设置 Add 的数字，别再子协程力写 Add方法
- 前一个 Wait 还没结束不能重用 WaitGroup，
Cond
没啥用啊，这个，不写了
Once：一个简约而不简单的并发原语
使用场景
sync.Once 只暴露了一个方法 Do，你可以多次调用 Do 方法，但是只有第一次调用 Do 方法时 f 参数才会执行，这里的 f 是一个无参数无返回值的函数。
当且仅当第一次调用 Do 方法的时候参数 f 才会执行，即使第二次、第三次、第 n 次调用时 f 参数的值不一样，也不会被执行总结
Once 常常用来初始化单例资源，或者并发访问只需初始化一次的共享资源，或者在测试的时候初始化一次测试资源。注意点
防止产生错误，方法未执行成功
死锁1
2
3
4
5
6
7
8func main() {
var once sync.Once
once.Do(func() {
once.Do(func() {
fmt.Println("初始化")
})
})
}实现源码
1 | type Once struct { |
map：如何实现线程安全的map类型
常见错误
未初始化，直接赋值
并发读写，因为 map 对象不是线程（goroutine）安全的，并发读写的时候运行时会有检查，遇到并发问题就会导致 panic。并发读写，如何处理 感觉面试会容易问
加锁和分片加锁这两种方案都比较常用，如果是追求更高的性能，分片加锁更好，因为它可以降低锁的粒度，进而提高访问此 map 对象的吞吐。如果并发性能要求不是那么高的场景，简单加锁方式更简单。
sync.Map 线程安全的 map
这个 sync.Map 并不是用来替换内建的 map 类型的，它只能被应用在一些特殊的场景里。
使用场景
以下两个场景中使用 sync.Map，会比使用 map+RWMutex 的方式，性能要好得多：- 只会增长的缓存系统中，一个 key 只写入一次而被读很多次，且删除很少
- 多个 goroutine 为不相交的键集读、写和重写键值对。
实现原理
- 空间换时间。通过冗余的两个数据结构（只读的 read 字段、可写的 dirty），来减少加锁对性能的影响。对只读字段（read）的操作不需要加锁。
- 优先从 read 字段读取、更新、删除，因为对 read 字段的读取不需要锁。
- 动态调整。miss 次数多了之后，将 dirty 数据提升为 read，避免总是从 dirty 中加锁读取。
- double-checking。加锁之后先还要再检查 read 字段，确定真的不存在才操作 dirty 字段。
- 延迟删除。删除一个键值只是打标记，只有在提升 dirty 字段为 read 字段的时候才清理删除的数据。
总结
Go 内置的 map 类型使用起来很方便，但是它有一个非常致命的缺陷，那就是它存在着并发问题，所以如果有多个 goroutine 同时并发访问这个 map，就会导致程序崩溃。所以 Go 官方 Blog 很早就提供了一种加锁的方法，还有后来提供了适用特定场景的线程安全的 sync.Map，还有第三方实现的分片式的 map，这些方法都可以应用于并发访问的场景。