Go语言开发保证并发安全实例详解

2024-07-29 13:41:20

什么是并发安全？

在高并发场景下，进程、线程（协程）可能会发生资源竞争，导致数据脏读、脏写、死锁等问题，为了避免此类问题的发生，就有了并发安全。

这里举一个简单的例子：

 var data int
 go func() {
   data++
 }()
 if data == 0 {
   fmt.Printf("the value is %v.\n", data)
 }

在这段代码中

第2行go关键字开启了一个新的协程，来执行data++操作

第5行，对data变量进行了读取判断的操作

以上两部是由2个不同线程/协程运行，且没有任何措施保证执行顺序，所以执行结果是不确定的。

没有输出。（第3行是在第5行之前执行的）
输出 the value is 0。（第5行和第6行在第3行之前执行）
输出 the value is 1。（第5行在第3行之前执行，但第3行在第6行之前执行）

Go如何保证并发安全

目前了解到的，大概有这3种，Mutex、Channel、Atomic

Mutex

加锁应该是最常见的并发控制方法，一般分成两种，乐观锁和悲观锁。

锁是由操作系统的调度器来实现的，锁通常用来保护一段逻辑，

悲观锁

悲观锁是一种悲观思想，它总认为最坏的情况可能会出现。不管意料之外的结果是否会发生，只要存在发生的可能，就在操作这个资源之前先上锁。例如互斥锁、读写锁都是悲观锁。

在go中，除了automic，其它都是悲观锁

悲观锁应该都是由操作系统的调度器来实现的，通常用来保护一段逻辑，主要是通过阻塞其它线程，保证当前时刻只有一个线程在对资源进行操作，因此性能相对较差，浪费了计算机多核的优势。

乐观锁

乐观锁的思想与悲观锁的思想相反，它总认为资源和数据不会被别人所修改，所以读取不会上锁，但是乐观锁在进行写入操作的时候会判断当前数据是否被修改过。

乐观锁的实现方案主要包含CAS和版本号机制。

乐观锁适用于多读的场景，可以提高吞吐量。

版本号机制

通过在数据表中，增加一个版本号字段，当数据发生更新时，版本号值发生改变。例如一个线程A想要更新变量s的值，在读取s的值的同时读取版本号，在提交更新时，用之前读到的版本号值与当前的版本号值进行比对，当且仅当版本号值一致时，才会触发更新，否则不断进行重试，直到更新成功。

CAS

CAS全名为Compare And Swap，即比较与转换，是一种有名的无锁算法。在不使用锁的情况下，实现多线程之间的变量同步，也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步，所以也叫非阻塞同步，

互斥锁

GO使用Sync包的Mutex类型来实现互斥锁，它能保证同时只有一个goroutine可以访问资源。

func sample() {
	var l sync.Mutex
	l.Lock()
        defer l.Unlock()
	// so something
}

读写互斥锁

GO使用Sync包的RWMutex类型来实现互斥锁。当我们去并发的读取一个资源，只要数据没有发生写入，是没必要加锁的。因此读多写少的情况下，使用读写互斥锁是更好的选择，性能更好。

读写锁分为两种：读锁和写锁。

当一个goroutine获取读锁之后，其他的goroutine如果是获取读锁可以顺利获得，如果是获取写锁就会等待；

当一个goroutine获取写锁之后，其他的goroutine无论是获取读锁还是写锁都会等待。

package main
import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)
var (
	wg     sync.WaitGroup
	rwlock sync.RWMutex
)
func write() {
	rwlock.Lock() // 加写锁
	time.Sleep(10 * time.Millisecond)
	rwlock.Unlock() // 解写锁
	wg.Done()
}
func read() {
	rwlock.RLock() // 加读锁
	time.Sleep(time.Millisecond)
	rwlock.RUnlock() // 解读锁
	wg.Done()
}
func main() {
	start := time.Now()
	//读多
	for i := 0; i < 1000; i++ {
		wg.Add(1)
		go read()
	}
	//写少
	for i := 0; i < 10; i++ {
		wg.Add(1)
		go write()
	}
	wg.Wait()
	end := time.Now()
	fmt.Println(end.Sub(start))
}

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乐观锁

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CAS

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