使用 sync.Cond 来协调并发 goroutine 的访问共享资源

TimLiuDream · · 658 次点击 · 开始浏览    置顶

> 关注公众号【爱发白日梦的后端】分享技术干货、读书笔记、开源项目、实战经验、高效开发工具等,您的关注将是我的更新动力! ## 使用 sync.Cond 解决并发访问共享资源问题 在并发编程中,当多个 `goroutine` 需要访问共享资源时,我们需要使用一些机制来协调它们的执行顺序,以避免竞态条件和数据不一致的问题。在 Go 语言中,`sync.Cond` 条件变量就是一种常用的机制,它可以用来等待和通知其他 `goroutine`。 ## sync.Cond 和互斥锁的区别 互斥锁(sync.Mutex)用于保护临界区和共享资源,而 `sync.Cond` 则用于协调多个 `goroutine` 的执行顺序。互斥锁只能一个 `goroutine` 持有锁,其他 `goroutine` 必须等待锁被释放才能继续执行。而 `sync.Cond` 可以让等待的 `goroutine` 在条件满足时被唤醒,进而继续执行。 ## sync.Cond 的四个方法 sync.Cond 的定义如下: ```go // Each Cond has an associated Locker L (often a *Mutex or *RWMutex), // which must be held when changing the condition and // when calling the Wait method. // // A Cond must not be copied after first use. type Cond struct { noCopy noCopy // L is held while observing or changing the condition L Locker notify notifyList checker copyChecker } ``` 每个 Cond 实例都会关联一个锁 `L`(互斥锁 *Mutex,或读写锁 *RWMutex),当修改条件或者调用 `Wait` 方法时,必须加锁。 ### 1. NewCond 创建实例 ```go func NewCond(l Locker) *Cond ``` `NewCond` 方法用于创建一个 `Cond` 实例,并关联一个锁(互斥锁或读写锁)。 ### 2. Broadcast 广播唤醒所有等待的 goroutine ```go // Broadcast wakes all goroutines waiting on c. // // It is allowed but not required for the caller to hold c.L // during the call. func (c *Cond) Broadcast() ``` `Broadcast` 方法用于唤醒所有等待条件变量 `c` 的 `goroutine`。它不需要持有锁来调用。 ### 3. Signal 唤醒一个等待的 goroutine ```go // Signal wakes one goroutine waiting on c, if there is any. // // It is allowed but not required for the caller to hold c.L // during the call. func (c *Cond) Signal() ``` `Signal` 方法用于唤醒一个等待条件变量 `c` 的 `goroutine`。它不需要持有锁来调用。 ### 4. Wait 等待条件变量满足 ```go // Wait atomically unlocks c.L and suspends execution // of the calling goroutine. After later resuming execution, // Wait locks c.L before returning. Unlike in other systems, // Wait cannot return unless awoken by Broadcast or Signal. // // Because c.L is not locked when Wait first resumes, the caller // typically cannot assume that the condition is true when // Wait returns. Instead, the caller should Wait in a loop: // // c.L.Lock() // for !condition() { // c.Wait() // } // ... make use of condition ... // c.L.Unlock() // func (c *Cond) Wait() ``` `Wait` 方法会自动释放锁,并挂起当前的 `goroutine`,直到条件变量 `c` 被 `Broadcast` 或 `Signal` 唤醒。被唤醒后,`Wait` 方法会重新获得锁,并继续执行后续的代码。 ## 使用示例 下面是一个使用 sync.Cond 的示例,实现了一个简单的读写同步机制: ```go package main import ( "fmt" "sync" "time" ) var done = false func read(str string, c *sync.Cond) { c.L.Lock() for !done { c.Wait() } fmt.Println(str, "start reading") c.L.Unlock() } func write(str string, c *sync.Cond) { fmt.Println(str, "start writing") time.Sleep(2 * time.Second) c.L.Lock() done = true c.L.Unlock() fmt.Println(str, "wake up all") c.Broadcast() } func main() { m := &sync.Mutex{} c := sync.NewCond(m) go read("reader1", c) go read("reader2", c) write("writer", c) time.Sleep(5 * time.Second) } ``` 在这个示例中,有两个读取协程(`reader1` 和 `reader2`)和一个写入协程(`writer`)。写入协程在执行后会通知所有等待的读取协程,读取协程在条件满足时才能开始读取。 输出结果如下: ``` writer start writing writer wake up all reader2 start reading reader1 start reading ``` 通过使用 `sync.Cond`,我们可以很方便地实现多个 `goroutine` 之间的等待和通知机制,从而更好地协调并发访问共享资源的执行顺序。

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