Go WaitGroup及Cond底層實現原理

2022-08-22 14:01:54

WaitGroup

概念

Go標準庫提供了WaitGroup原語, 可以用它來等待一批 Goroutine 結束

底層資料結構

// A WaitGroup must not be copied after first use.
type WaitGroup struct {
 noCopy noCopy
 state1 [3]uint32
}

其中 noCopy 是 golang 原始碼中檢測禁止拷貝的技術。如果程式中有 WaitGroup 的賦值行為，使用 go vet 檢查程式時，就會發現有報錯。但需要注意的是，noCopy 不會影響程式正常的編譯和執行。

state1主要是儲存著狀態和號誌，狀態維護了 2 個計數器，一個是請求計數器counter ，另外一個是等待計數器waiter（已呼叫 WaitGroup.Wait 的 goroutine 的個數）

當陣列的首地址是處於一個8位元組對齊的位置上時，那麼就將這個陣列的前8個位元組作為64位值使用表示狀態，後4個位元組作為32位值表示號誌(semaphore)；同理如果首地址沒有處於8位元組對齊的位置上時，那麼就將前4個位元組作為semaphore，後8個位元組作為64位數值。

使用方法

在WaitGroup裡主要有3個方法：

WaitGroup.Add()：可以新增或減少請求的goroutine數量，Add(n) 將會導致 counter += n

WaitGroup.Done()：相當於Add(-1)，Done() 將導致 counter -=1，請求計數器counter為0 時通過號誌呼叫runtime_Semrelease喚醒waiter執行緒

WaitGroup.Wait()：會將 waiter++，同時通過號誌呼叫 runtime_Semacquire(semap)阻塞當前 goroutine

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 1; i <= 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            println("hello")
        }()
    }
    wg.Wait()
}

Cond

概念

Go標準庫提供了Cond原語，可以讓 Goroutine 在滿足特定條件時被阻塞和喚醒

底層資料結構

type Cond struct {
    noCopy noCopy
    // L is held while observing or changing the condition
    L Locker
    notify  notifyList
    checker copyChecker
}
type notifyList struct {
    wait   uint32
    notify uint32
    lock   uintptr // key field of the mutex
    head   unsafe.Pointer
    tail   unsafe.Pointer
}

主要有4個欄位：

nocopy ： golang 原始碼中檢測禁止拷貝的技術。如果程式中有 WaitGroup 的賦值行為，使用 go vet 檢查程式時，就會發現有報錯，但需要注意的是，noCopy 不會影響程式正常的編譯和執行

checker：用於禁止執行期間發生拷貝，雙重檢查(Double check)

L：可以傳入一個讀寫鎖或互斥鎖，當修改條件或者呼叫Wait方法時需要加鎖

notify：通知連結串列，呼叫Wait()方法的Goroutine會放到這個連結串列中，從這裡獲取需被喚醒的Goroutine列表

使用方法

在Cond裡主要有3個方法：

sync.NewCond(l Locker): 新建一個 sync.Cond 變數，注意該函數需要一個 Locker 作為必填引數，這是因為在 cond.Wait() 中底層會涉及到 Locker 的鎖操作
Cond.Wait(): 阻塞等待被喚醒，呼叫Wait函數前需要先加鎖；並且由於Wait函數被喚醒時存在虛假喚醒等情況，導致喚醒後發現，條件依舊不成立，因此需要使用 for 語句來回圈地進行等待，直到條件成立為止
Cond.Signal(): 只喚醒一個最先 Wait 的 goroutine，可以不用加鎖
Cond.Broadcast(): 喚醒所有Wait的goroutine，可以不用加鎖

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
    "sync/atomic"
    "time"
)
var status int64
func main() {
    c := sync.NewCond(&amp;sync.Mutex{})
    for i := 0; i &lt; 10; i++ {
        go listen(c)
    }
    go broadcast(c)
    time.Sleep(1 * time.Second)
}
func broadcast(c *sync.Cond) {
    // 原子操作
    atomic.StoreInt64(&amp;status, 1) 
    c.Broadcast()
}
func listen(c *sync.Cond) {
    c.L.Lock()
    for atomic.LoadInt64(&amp;status) != 1 {
        c.Wait() 
        // Wait 內部會先呼叫 c.L.Unlock()，來先釋放鎖，如果呼叫方不先加鎖的話，會報錯
    }
    fmt.Println("listen")
    c.L.Unlock()
}

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Go WaitGroup及Cond底層實現原理

目錄

WaitGroup

概念

底層資料結構

使用方法

Cond

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底層資料結構

使用方法

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