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Go 語(yǔ)言中 sync 包的近距離觀察

來(lái)源: 責(zé)編: 時(shí)間:2023-11-28 09:34:53 252觀看
導(dǎo)讀讓我們來(lái)看看負(fù)責(zé)提供同步原語(yǔ)的 Go 包:sync。sync.Mutexsync.Mutex 可能是 sync 包中被廣泛使用的原語(yǔ)。它允許對(duì)共享資源進(jìn)行互斥操作(即不允許同時(shí)訪問(wèn)):mutex := &sync.Mutex{}mutex.Lock()// Update shared variable

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讓我們來(lái)看看負(fù)責(zé)提供同步原語(yǔ)的 Go 包:sync。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

sync.Mutex

sync.Mutex 可能是 sync 包中被廣泛使用的原語(yǔ)。它允許對(duì)共享資源進(jìn)行互斥操作(即不允許同時(shí)訪問(wèn)):Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

mutex := &sync.Mutex{}mutex.Lock()// Update shared variable (e.g. slice, pointer on a structure, etc.)mutex.Unlock()

必須指出的是 sync.Mutex 無(wú)法被復(fù)制(就像 sync 包中的所有其他原語(yǔ)一樣)。如果一個(gè)結(jié)構(gòu)體有一個(gè) sync 字段,必須通過(guò)指針進(jìn)行傳遞。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

sync.RWMutex

sync.RWMutex 是一個(gè)讀寫鎖。它提供了與我們剛剛看到的 Lock() 和 Unlock() 相同的方法(因?yàn)檫@兩個(gè)結(jié)構(gòu)都實(shí)現(xiàn)了 sync.Locker 接口)。然而,它還允許使用 RLock() 和 RUnlock() 方法進(jìn)行并發(fā)讀取:Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

mutex := &sync.RWMutex{}mutex.Lock()// Update shared variablemutex.Unlock()mutex.RLock()// Read shared variablemutex.RUnlock()

一個(gè) sync.RWMutex 允許至少一個(gè)讀取者或正好一個(gè)寫入者,而一個(gè) sync.Mutex 則允許正好一個(gè)讀取者或?qū)懭胝摺?span style="display:none">Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

讓我們運(yùn)行一個(gè)快速的基準(zhǔn)測(cè)試來(lái)比較這些方法:Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

func BenchmarkMutexLock(b *testing.B) {    m := sync.Mutex{}    for i := 0; i < b.N; i++ {        m.Lock()        m.Unlock()    }}func BenchmarkRWMutexLock(b *testing.B) {    m := sync.RWMutex{}    for i := 0; i < b.N; i++ {        m.Lock()        m.Unlock()    }}func BenchmarkRWMutexRLock(b *testing.B) {    m := sync.RWMutex{}    for i := 0; i < b.N; i++ {        m.RLock()        m.RUnlock()    }}
BenchmarkMutexLock-4       83497579         17.7 ns/opBenchmarkRWMutexLock-4     35286374         44.3 ns/opBenchmarkRWMutexRLock-4    89403342         15.3 ns/op

正如我們注意到的那樣,讀取鎖定/解鎖 sync.RWMutex 比鎖定/解鎖 sync.Mutex 更快。另一方面,調(diào)用 Lock()/Unlock() 在 sync.RWMutex 上是最慢的操作。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

總的來(lái)說(shuō),當(dāng)我們有頻繁的讀取和不經(jīng)常的寫入時(shí),應(yīng)該使用 sync.RWMutex。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

sync.WaitGroup

sync.WaitGroup 也經(jīng)常被使用。它是一個(gè) goroutine 等待一組 goroutine 完成的慣用方式。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

sync.WaitGroup 擁有一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器。如果這個(gè)計(jì)數(shù)器等于 0,Wait() 方法會(huì)立即返回。否則,它會(huì)被阻塞,直到計(jì)數(shù)器變?yōu)?0。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

要增加計(jì)數(shù)器,我們可以使用 Add(int) 方法。要減少計(jì)數(shù)器,可以使用 Done()(將計(jì)數(shù)器減 1)或者使用帶有負(fù)值的相同的 Add(int) 方法。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在以下示例中,我們將啟動(dòng)八個(gè) goroutine 并等待它們完成:Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

wg := &sync.WaitGroup{}for i := 0; i < 8; i++ {  wg.Add(1)  go func() {    // Do something    wg.Done()  }()}wg.Wait()// Continue execution

每次我們創(chuàng)建一個(gè) goroutine 時(shí),都會(huì)使用 wg.Add(1) 來(lái)增加 wg 的內(nèi)部計(jì)數(shù)器。我們也可以在 for 循環(huán)外部調(diào)用 wg.Add(8)。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

與此同時(shí),每當(dāng)一個(gè) goroutine 完成時(shí),它會(huì)使用 wg.Done() 來(lái)減少 wg 的內(nèi)部計(jì)數(shù)器。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

一旦執(zhí)行了八個(gè) wg.Done() 語(yǔ)句,主 goroutine 就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

sync.Map

sync.Map 是 Go 中的一個(gè)并發(fā)版本的 map,我們可以:Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 使用 Store(interface{}, interface{}) 添加元素
  • 使用 Load(interface) interface{} 檢索元素
  • 使用 Delete(interface{}) 刪除元素
  • 使用 LoadOrStore(interface{}, interface{}) (interface, bool) 檢索或添加元素(如果之前不存在)。返回的 bool 值為 true 表示在操作前鍵存在于 map 中。
  • 使用 Range 在元素上進(jìn)行迭代
m := &sync.Map{}// Put elementsm.Store(1, "one")m.Store(2, "two")// Get element 1value, contains := m.Load(1)if contains {  fmt.Printf("%s/n", value.(string))}// Returns the existing value if present, otherwise stores itvalue, loaded := m.LoadOrStore(3, "three")if !loaded {  fmt.Printf("%s/n", value.(string))}// Delete element 3m.Delete(3)// Iterate over all the elementsm.Range(func(key, value interface{}) bool {  fmt.Printf("%d: %s/n", key.(int), value.(string))  return true})

Go 在線測(cè)試: https://play.golang.org/p/BO8IDVIDwsrTvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

onethree1: one2: two

正如你所看到的,Range 方法接受一個(gè) func(key, value interface{}) bool 函數(shù)作為參數(shù)。如果我們返回 false,則迭代會(huì)停止。有趣的是,即使我們?cè)诤愣〞r(shí)間之后返回 false(更多信息),最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度仍然保持為 O(n)。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

何時(shí)應(yīng)該使用 sync.Map 而不是在經(jīng)典的 map 上加 sync.Mutex 呢?Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 當(dāng)我們有頻繁讀取和不經(jīng)常寫入時(shí)(與 sync.RWMutex 類似)
  • 當(dāng)多個(gè) goroutine 為不相交的鍵集合讀取、寫入和覆蓋條目。這具體意味著什么?例如,如果我們有一個(gè)分片實(shí)現(xiàn),有 4 個(gè) goroutine 每個(gè)負(fù)責(zé) 25% 的鍵(沒(méi)有沖突)。在這種情況下,sync.Map 也是首選。

sync.Pool

sync.Pool 是一個(gè)并發(fā)池,負(fù)責(zé)安全地保存一組對(duì)象。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

其公共方法包括:Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • Get() interface{} 用于檢索一個(gè)元素
  • Put(interface{}) 用于添加一個(gè)元素
pool := &sync.Pool{}pool.Put(NewConnection(1))pool.Put(NewConnection(2))pool.Put(NewConnection(3))connection := pool.Get().(*Connection)fmt.Printf("%d/n", connection.id)connection = pool.Get().(*Connection)fmt.Printf("%d/n", connection.id)connection = pool.Get().(*Connection)fmt.Printf("%d/n", connection.id)
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值得注意的是,就順序而言是沒(méi)有保證的。Get 方法指定它從池中獲取一個(gè)任意的項(xiàng)目。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

也可以指定一個(gè)創(chuàng)建方法:Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

pool := &sync.Pool{  New: func() interface{} {    return NewConnection()  },}connection := pool.Get().(*Connection)

每次調(diào)用 Get() 時(shí),它將返回由傳遞給 pool.New 的函數(shù)創(chuàng)建的對(duì)象(在本例中是一個(gè)指針)。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

何時(shí)應(yīng)該使用 sync.Pool 呢?有兩種情況:Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

  • 第一種情況是當(dāng)我們需要重用共享且長(zhǎng)期存在的對(duì)象時(shí),比如一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接。
  • 第二種情況是優(yōu)化內(nèi)存分配。

讓我們考慮一個(gè)函數(shù)的示例,該函數(shù)將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)并將結(jié)果持久化到文件中。使用 sync.Pool,我們可以重復(fù)使用分配給緩沖區(qū)的空間,跨不同的函數(shù)調(diào)用重復(fù)使用同一個(gè)對(duì)象。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

第一步是檢索先前分配的緩沖區(qū)(或者如果是第一次調(diào)用,則創(chuàng)建一個(gè),但這已經(jīng)被抽象化了)。然后,延遲操作是將緩沖區(qū)放回池中。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

func writeFile(pool *sync.Pool, filename string) error {    // Gets a buffer object    buf := pool.Get().(*bytes.Buffer)    // Returns the buffer into the pool    defer pool.Put(buf)    // Reset buffer otherwise it will contain "foo" during the first call    // Then "foofoo" etc.    buf.Reset()    buf.WriteString("foo")    return ioutil.WriteFile(filename, buf.Bytes(), 0644)}

sync.Pool 還有一個(gè)要提到的重要點(diǎn)。由于指針可以被放入 Get() 返回的接口值中,無(wú)需進(jìn)行任何分配,因此最好將指針?lè)湃氤刂卸皇墙Y(jié)構(gòu)體。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

這樣,我們既可以有效地重用已分配的內(nèi)存,又可以減輕垃圾收集器的壓力,因?yàn)槿绻兞刻右莸蕉焉希筒恍枰俅畏峙鋬?nèi)存。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

sync.Once

sync.Once 是一個(gè)簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的原語(yǔ),用于確保一個(gè)函數(shù)只被執(zhí)行一次。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

在這個(gè)例子中,將只有一個(gè) goroutine 顯示輸出消息:Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

once := &sync.Once{}for i := 0; i < 4; i++ {    i := i    go func() {        once.Do(func() {            fmt.Printf("first %d/n", i)        })    }()}

我們使用了 Do(func()) 方法來(lái)指定只有這部分代碼必須被執(zhí)行一次。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

sync.Cond

讓我們以最可能最少使用的原語(yǔ) sync.Cond 結(jié)束。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

它用于向 goroutine 發(fā)出信號(hào)(一對(duì)一)或向 goroutine(s) 廣播信號(hào)(一對(duì)多)。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

假設(shè)我們有一個(gè)場(chǎng)景,需要通知一個(gè) goroutine 共享切片的第一個(gè)元素已被更新。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

創(chuàng)建一個(gè) sync.Cond 需要一個(gè) sync.Locker 對(duì)象(可以是 sync.Mutex 或 sync.RWMutex):Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

cond := sync.NewCond(&sync.RWMutex{})

接下來(lái),讓我們編寫一個(gè)函數(shù)來(lái)顯示切片的第一個(gè)元素:Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

func printFirstElement(s []int, cond *sync.Cond) {    cond.L.Lock()    cond.Wait()    fmt.Printf("%d/n", s[0])    cond.L.Unlock()}

正如你所看到的,我們可以使用 cond.L 來(lái)訪問(wèn)內(nèi)部互斥鎖。一旦鎖被獲取,我們調(diào)用 cond.Wait(),它會(huì)阻塞直到收到信號(hào)。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

現(xiàn)在回到主 goroutine。我們將通過(guò)傳遞一個(gè)共享切片和之前創(chuàng)建的 sync.Cond 來(lái)創(chuàng)建一個(gè) printFirstElement 池。然后,我們調(diào)用一個(gè) get() 函數(shù),將結(jié)果存儲(chǔ)在 s[0] 中并發(fā)出一個(gè)信號(hào):Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

s := make([]int, 1)for i := 0; i < runtime.NumCPU(); i++ {    go printFirstElement(s, cond)}i := get()cond.L.Lock()s[0] = icond.Signal()cond.L.Unlock()

這個(gè)信號(hào)將解除一個(gè)創(chuàng)建的 goroutine 的阻塞狀態(tài),它將顯示 s[0]。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

然而,如果我們退一步來(lái)看,我們可能會(huì)認(rèn)為我們的代碼可能違反了 Go 最基本的原則之一:Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

不要通過(guò)共享內(nèi)存來(lái)通信;相反,通過(guò)通信來(lái)共享內(nèi)存。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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事實(shí)上,在這個(gè)例子中,最好使用一個(gè)通道來(lái)傳遞 get() 返回的值。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

然而,我們也提到了 sync.Cond 還可以用于廣播信號(hào)。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

讓我們修改上一個(gè)示例的結(jié)尾,將 Signal() 改為 Broadcast():Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

i := get()cond.L.Lock()s[0] = icond.Broadcast()cond.L.Unlock()

在這種情況下,所有的 goroutine 都會(huì)被觸發(fā)。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

眾所周知,通道元素只會(huì)被一個(gè) goroutine 捕獲。唯一模擬廣播的方式是關(guān)閉一個(gè)通道,但這不能重復(fù)使用。因此,盡管 頗具爭(zhēng)議,這無(wú)疑是一個(gè)有趣的特性。Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

還有一個(gè)值得提及的 sync.Cond 使用場(chǎng)景,也許是最重要的一個(gè):Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

示例的 Go Playground 地址:https://play.golang.org/p/ap5qXF5DAg5Tvy28資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com

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