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有并發(fā)，就有資源競(jìng)爭(zhēng)，如果兩個(gè)或者多個(gè) goroutine 在沒有相互同步的情況下，訪問某個(gè)共享的資源，比如同時(shí)對(duì)該資源進(jìn)行讀寫時(shí)，就會(huì)處于相互競(jìng)爭(zhēng)的狀態(tài)，這就是并發(fā)中的資源競(jìng)爭(zhēng)。
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并發(fā)本身并不復(fù)雜，但是因?yàn)橛辛速Y源競(jìng)爭(zhēng)的問題，就使得我們開發(fā)出好的并發(fā)程序變得復(fù)雜起來，因?yàn)闀?huì)引起很多莫名其妙的問題。
下面的代碼中就會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)：
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
}
}這是一個(gè)資源競(jìng)爭(zhēng)的例子，大家可以將程序多運(yùn)行幾次，會(huì)發(fā)現(xiàn)結(jié)果可能是 2，也可以是 3，還可能是 4。這是因?yàn)?count 變量沒有任何同步保護(hù)，所以兩個(gè) goroutine 都會(huì)對(duì)其進(jìn)行讀寫，會(huì)導(dǎo)致對(duì)已經(jīng)計(jì)算好的結(jié)果被覆蓋，以至于產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果。
代碼中的 runtime.Gosched() 是讓當(dāng)前 goroutine 暫停的意思，退回執(zhí)行隊(duì)列，讓其他等待的 goroutine 運(yùn)行，目的是為了使資源競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果更明顯。
下面我們來分析一下程序的運(yùn)行過程，將兩個(gè) goroutine 分別假設(shè)為 g1 和 g2：
- g1 讀取到 count 的值為 0；
- 然后 g1 暫停了，切換到 g2 運(yùn)行，g2 讀取到 count 的值也為 0；
- g2 暫停，切換到 g1，g1 對(duì) count+1，count 的值變?yōu)?1；
- g1 暫停，切換到 g2，g2 剛剛已經(jīng)獲取到值 0，對(duì)其 +1，最后賦值給 count，其結(jié)果還是 1；
- 可以看出 g1 對(duì) count+1 的結(jié)果被 g2 給覆蓋了，兩個(gè) goroutine 都 +1 而結(jié)果還是 1。
通過上面的分析可以看出，之所以出現(xiàn)上面的問題，是因?yàn)閮蓚€(gè) goroutine 相互覆蓋結(jié)果。
所以我們對(duì)于同一個(gè)資源的讀寫必須是原子化的，也就是說，同一時(shí)間只能允許有一個(gè) goroutine 對(duì)共享資源進(jìn)行讀寫操作。
共享資源競(jìng)爭(zhēng)的問題，非常復(fù)雜，并且難以察覺，好在 Go 為我們提供了一個(gè)工具幫助我們檢查，這個(gè)就是go build -race 命令。在項(xiàng)目目錄下執(zhí)行這個(gè)命令，生成一個(gè)可以執(zhí)行文件，然后再運(yùn)行這個(gè)可執(zhí)行文件，就可以看到打印出的檢測(cè)信息。
在go build命令中多加了一個(gè)-race 標(biāo)志，這樣生成的可執(zhí)行程序就自帶了檢測(cè)資源競(jìng)爭(zhēng)的功能，運(yùn)行生成的可執(zhí)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)
通過運(yùn)行結(jié)果可以看出 goroutine 8 在代碼 25 行讀取共享資源 value := count，而這時(shí) goroutine 7 在代碼 28 行修改共享資源 count = value，而這兩個(gè) goroutine 都是從 main 函數(shù)的 16、17 行通過 go 關(guān)鍵字啟動(dòng)的。
鎖住共享資源
Go語(yǔ)言提供了傳統(tǒng)的同步 goroutine 的機(jī)制，就是對(duì)共享資源加鎖。atomic 和 sync 包里的一些函數(shù)就可以對(duì)共享的資源進(jìn)行加鎖操作。
原子函數(shù)
原子函數(shù)能夠以很底層的加鎖機(jī)制來同步訪問整型變量和指針，示例代碼如下所示：
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結(jié)束
fmt.Println(counter)
}
func incCounter(id int) {
defer wg.Done()
for count := 0; count < 2; count++ {
atomic.AddInt64(&counter, 1) //安全的對(duì)counter加1
runtime.Gosched()
}
}上述代碼中使用了 atmoic 包的 AddInt64 函數(shù)，這個(gè)函數(shù)會(huì)同步整型值的加法，方法是強(qiáng)制同一時(shí)刻只能有一個(gè) gorountie 運(yùn)行并完成這個(gè)加法操作。當(dāng) goroutine 試圖去調(diào)用任何原子函數(shù)時(shí)，這些 goroutine 都會(huì)自動(dòng)根據(jù)所引用的變量做同步處理。
另外兩個(gè)有用的原子函數(shù)是 LoadInt64 和 StoreInt64。這兩個(gè)函數(shù)提供了一種安全地讀和寫一個(gè)整型值的方式。下面是代碼就使用了 LoadInt64 和 StoreInt64 函數(shù)來創(chuàng)建一個(gè)同步標(biāo)志，這個(gè)標(biāo)志可以向程序里多個(gè) goroutine 通知某個(gè)特殊狀態(tài)。
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
}
}
} 上面代碼中 main 函數(shù)使用 StoreInt64 函數(shù)來安全地修改 shutdown 變量的值。如果哪個(gè) doWork goroutine 試圖在 main 函數(shù)調(diào)用 StoreInt64 的同時(shí)調(diào)用 LoadInt64 函數(shù)，那么原子函數(shù)會(huì)將這些調(diào)用互相同步，保證這些操作都是安全的，不會(huì)進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)。
互斥鎖
另一種同步訪問共享資源的方式是使用互斥鎖，互斥鎖這個(gè)名字來自互斥的概念?；コ怄i用于在代碼上創(chuàng)建一個(gè)臨界區(qū)，保證同一時(shí)間只有一個(gè) goroutine 可以執(zhí)行這個(gè)臨界代碼。
示例代碼如下所示：
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++ {
//同一時(shí)刻只允許一個(gè)goroutine進(jìn)入這個(gè)臨界區(qū)
mutex.Lock()
{
value := counter
runtime.Gosched()
value++
counter = value
}
mutex.Unlock() //釋放鎖，允許其他正在等待的goroutine進(jìn)入臨界區(qū)
}
}同一時(shí)刻只有一個(gè) goroutine 可以進(jìn)入臨界區(qū)。之后直到調(diào)用 Unlock 函數(shù)之后，其他 goroutine 才能進(jìn)去臨界區(qū)。當(dāng)調(diào)用 runtime.Gosched 函數(shù)強(qiáng)制將當(dāng)前 goroutine 退出當(dāng)前線程后，調(diào)度器會(huì)再次分配這個(gè) goroutine 繼續(xù)運(yùn)行。
文章標(biāo)題：創(chuàng)新互聯(lián)GO教程:Go語(yǔ)言競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)簡(jiǎn)述
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