golang协程安全嘛-猿码集

1. 什么是协程

协程是一种用户态的轻量级线程，可以利用少量的线程同时执行大量的任务。Golang 是一个支持协程的编程语言，这使得我们可以方便地进行并发编程。协程可以通过 go 关键字来启动，再通过 chan 来与其他协程通信，实现数据传递和同步。

2. Golang 协程的本质

在 Golang 中，每个协程都是由 G 栈来维护的，G 栈只是普通的内存块，与线程的栈不同。当我们通过 go 启动一个协程时，运行时系统会为其分配一个可运行的 G，同时将其加入到可运行队列中等待执行。

在 Golang 中，协程的调度是非抢占式的，也就是说，当前协程只有在主动让出 CPU 后才会被调度器切换，并将 CPU 时间让给其他协程。而“主动让出 CPU”是如何实现的呢？其实就是通过 Golang 的 goroutine 的语法特性来实现的：


func f() {
    for {
        ... // 常规的计算任务
        runtime.Gosched() // 让出 CPU 时间
        ...
    }
}

当程序中调用了 runtime.Gosched() 函数时，当前协程会被迫让出 CPU 时间，同时将自己加入到可运行队列中，等待下一次调度执行。因此，在 Golang 中，协程上下文的切换是由 Golang 的运行时系统来实现的，而非由操作系统的调度器来实现的。

3. Golang 协程的安全性

3.1 协程的竞争条件

竞争条件是指，在多个协程并发执行访问同一个共享资源时，由于操作的顺序难以确定，会导致程序行为的不确定性。在 Golang 中，竞争条件会导致数据的不一致，或者数据的不安全访问。

下面是一个竞争条件的例子：


var count int
func Add() {
    for i := 0; i < 10000; i++ {
        count += 1
    }
}
func main() {
    go Add()
    go Add()
    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println(count)
}

在上述代码中，两个协程同时访问了变量 count，因此会发生竞争条件。虽然在这个例子中的竞争条件看起来很简单，很容易就能理解协程在并发中会遇到的问题，但在实际的生产环境中，竞争条件往往很复杂，难以发现和解决。

3.2 协程的安全性问题

由于 Golang 协程之间的并发执行，使得协程之间两两之间都存在着竞争条件，因此协程编程面临的核心问题就是如何实现并发访问的安全性。

3.3 协程同步机制

Golang 提供了多种同步机制来保证并发访问的安全性，包括 Mutex、RWMutex、Cond 和 Once 等机制。

3.3.1 Mutex 和 RWMutex

Mutex 是最基本的同步机制，它通过对临界区加锁来保证同一时间只有一个协程可以访问临界区代码。RWMutex 相当于在 Mutex 之上扩展了读写锁的功能，它允许多个协程同时读取数据，但只允许一个协程进行写操作。

下面是一个对临界区代码加锁的例子：


var count int
var mutex sync.Mutex
func Add() {
    mutex.Lock() // 加锁
    defer mutex.Unlock() // 解锁
    for i := 0; i < 10000; i++ {
        count += 1
    }
}
func main() {
    go Add()
    go Add()
    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println(count)
}

3.3.2 Cond

Cond 可以用于协程之间的通信，它允许一个协程等待其他协程的通知，并根据状态的变化进行相应的操作。Cond 的使用需要和 Mutex 或 RWMutex 一起使用。

下面是一个通过 Cond 来进行协程通信的例子：


type Queue struct {
    items []int
    cond *sync.Cond // 条件变量
    rwm *sync.RWMutex
}
func NewQueue() *Queue {
    q := &Queue {
        items: []int{},
        rwm: &sync.RWMutex{},
    }
    q.cond = sync.NewCond(q.rwm.RLocker())
    return q
}
func (q *Queue) Push(item int) {
    q.rwm.Lock()
    q.items = append(q.items, item)
    q.rwm.Unlock()
    q.cond.Signal() // 通知一个正在等待的协程
}
func (q *Queue) Pop() int {
    q.rwm.Lock()
    defer q.rwm.Unlock()
    for len(q.items) == 0 {
        q.cond.Wait() // 等待条件变量
    }
    n := q.items[0]
    q.items = q.items[1:]
    return n
}

3.3.3 Once

Once 用于实现只执行一次的逻辑，它能够保证一个复杂的初始化只会被执行一次。

下面是一个通过 Once 来实现只执行一次的例子：


var once sync.Once
func initialize() {
    // 只会被执行一次的复杂初始化逻辑
}
func main() {
    once.Do(initialize)
}

4. 总结

在实现协程并发编程时，竞争条件、同步机制和原子操作都是需要非常注意的问题。虽然 Golang 的协程机制为编写高效和安全的并发代码提供了很好的基础，但在实际的编写过程中，仍然需要开发人员在代码层面上进行更加细致的思考，才能够充分发挥 Golang 协程的优势。

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