Go並行與鎖的兩種方式該如何提效詳解

2022-12-27 14:01:06

並行不安全的例子

陣列是並行不安全的，在例子開始前我們要知道append函數的行為：長度足夠在原陣列cap內追加函數，增加len，長度不夠則觸發擴容，申請新陣列cap增加一倍，賦值遷移。

所以在這個過程中，僅討論擴容操作的話可能存在同時申請並賦值的情況，導致漏掉某次擴容增加的資料。

var s []int

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

func main() {
	for i := 0; i < 10000; i++ { //10000個協程同時新增切片
		go appendValue(i)
	}
    time.Sleep(2)
    fmt.Println(len(s))
}

比如上例，10000 個協程同時為切片增加資料，你可以嘗試執行一下，列印出來的一定不是 10000 。

以上並行操作的同一個資源，專業名詞叫做臨界區。
因為並行操作存在資料競爭，導致資料值意外改寫，最後的結果與期待的不符，這種問題統稱為競態問題。

常見於控制商品減庫存，控制餘額增減等情況。那麼有什麼辦法解決競態問題呢？

互斥鎖：讓存取某個臨界區的時候，只有一個 goroutine 可以存取。
原子操作：讓某些操作變成原子的，這個後續討論。

這兩個思路貫穿了無數的高並行/分散式方案，區別是在一個程序應用中使用，還是藉助某些第三方手段來實現，比如中介軟體。獨孤九劍森羅萬象一定要牢牢記住。

互斥鎖

Go 語言中互斥鎖的用法如下：

var lock sync.Mutex //互斥鎖
lock.Lock() //加鎖
s = append(s, i)
lock.Unlock() //解鎖

在存取臨界區的前後加上互斥鎖，就可以保證不會出現並行問題。

我們修改還是上一個4.7.1的例子，為其增加互斥鎖。

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個協程同時新增切片
    go appendValueSafe(i)
}
time.Sleep(2)
fmt.Println(len(s))

對共用變數s的寫入操作加互斥鎖，保證同一時刻只有一個goroutine修改內容。
加鎖之後到解鎖之前的內容，同一時刻只有一個存取，無論讀寫。
無論多少次都輸出10000，不會再出現競態問題。
要注意：如果在寫的同時，有並行讀操作時，為了防止不要讀取到寫了一半資料，需要為讀操作也加鎖。

讀寫鎖

互斥鎖是完全互斥的，並行讀沒有修改的情況下是不會有問題的，也沒有必要在並行讀的時候加鎖不然效率會變低。

用法：

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

//寫鎖
rwlock.Lock()
rwlock.Unlock()

並行讀不互斥可以同時，在一個寫鎖獲取時，其他所有鎖都等待，口訣：讀讀不互斥、讀寫互斥、寫寫互斥。具體測算速度的程式碼可以見4.7.3的原始碼，感興趣的可以改下注釋位置看下效率是有很明顯的提升的。

小結

學習了幾個名詞：臨界區、競態問題、互斥鎖、原子操作、讀寫鎖。
互斥鎖：sync.Mutex, 讀寫鎖：sync.RWMutex 都是 sync 包的。
讀寫鎖比互斥鎖效率高。

問題：只加寫鎖可以嗎？為什麼？

總結

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