goroutine并发安全和锁

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4.7 并发安全与锁

本节源码位置 https://github.com/golang-minibear2333/golang/tree/master/4.concurrent/4.7-lock/

并发安全,就是多个并发体在同一段时间内访问同一个共享数据,共享数据能被正确处理。

很多语言的并发编程很容易在同时修改某个变量的时候,因为操作不是原子的,而出现错误计算,比如一个加法运算使用中的变量被修改,而导致计算结果出错,典型的像统计商品库存。

个人建议只要涉及到共享变量统统使用channel,因为channel源码中使用了互斥锁,它是并发安全的。

我们可以不用,但不可以不了解,手中有粮心中不慌。

4.7.1 并发不安全的例子

数组是并发不安全的,在例子开始前我们要知道append函数的行为:长度足够在原数组cap内追加函数,增加len,长度不够则触发扩容,申请新数组cap增加一倍,赋值迁移。

所以在这个过程中,仅讨论扩容操作的话可能存在同时申请并赋值的情况,导致漏掉某次扩容增加的数据。

var s []int

func appendValue(i int) {
    s = append(s, i)
}

func main() {
    for i := 0; i < 10000; i++ { //10000个协程同时添加切片
        go appendValue(i)
    }
    time.Sleep(2)
    fmt.Println(len(s))
}

比如上例,10000 个协程同时为切片增加数据,你可以尝试运行一下,打印出来的一定不是 10000

  • 以上并发操作的同一个资源,专业名词叫做临界区
  • 因为并发操作存在数据竞争,导致数据值意外改写,最后的结果与期待的不符,这种问题统称为竞态问题

常见于控制商品减库存,控制余额增减等情况。 那么有什么办法解决竞态问题呢?

  • 互斥锁:让访问某个临界区的时候,只有一个 goroutine 可以访问。
  • 原子操作:让某些操作变成原子的,这个后续讨论。

这两个思路贯穿了无数的高并发/分布式方案,区别是在一个进程应用中使用,还是借助某些第三方手段来实现,比如中间件。独孤九剑森罗万象一定要牢牢记住。

4.7.2 互斥锁

Go 语言中互斥锁的用法如下:

var lock sync.Mutex //互斥锁
lock.Lock() //加锁
s = append(s, i)
lock.Unlock() //解锁

在访问临界区的前后加上互斥锁,就可以保证不会出现并发问题。

我们修改还是上一个4.7.1的例子,为其增加互斥锁。

var s []int
var lock sync.Mutex

appendValueSafe := func(i int) {
    lock.Lock()
    s = append(s, i)
    lock.Unlock()
}

for i := 0; i < 10000; i++ { //10000个协程同时添加切片
    go appendValueSafe(i)
}
time.Sleep(2)
fmt.Println(len(s))
  • 对共享变量s的写入操作加互斥锁,保证同一时刻只有一个goroutine修改内容。
  • 加锁之后到解锁之前的内容,同一时刻只有一个访问,无论读写。
  • 无论多少次都输出10000,不会再出现竞态问题。
  • 要注意:如果在写的同时,有并发读操作时,为了防止不要读取到写了一半数据,需要为读操作也加锁。

4.7.3 读写锁

互斥锁是完全互斥的,并发读没有修改的情况下是不会有问题的,也没有必要在并发读的时候加锁不然效率会变低。

用法:

rwlock sync.RWMutex
//读锁
rwlock.RLock()
rwlock.RUnlock()

//写锁
rwlock.Lock()
rwlock.Unlock()

并发读不互斥可以同时,在一个写锁获取时,其他所有锁都等待, 口诀:读读不互斥、读写互斥、写写互斥。具体测算速度的代码可以见4.7.3的源码,感兴趣的可以改下注释位置看下效率是有很明显的提升的。

4.7.4 小结

  • 学习了几个名词:临界区、竞态问题、互斥锁、原子操作、读写锁。
  • 互斥锁:sync.Mutex, 读写锁:sync.RWMutex 都是 sync 包的。
  • 读写锁比互斥锁效率高。

问题:只加写锁可以吗?为什么?

引用

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小熊