[Goroutine]使用多协程并发地按照顺序打印字母表

今天分享一道非常经典的并发问题，使用多个协程按照顺序打印字母表的字母，每个打印 10 次。

思路：显然这里是要我们管道和协程完成同步交替打印，先把问题缩小，思考三个协程打印 a、b、c 的情形。最直接的思路就是定义三个管道，第一个协程打印完之后之后通知下一个协程，最后一个协程打印完成之后通知第一个协程继续打印，从而形成一个环。

代码如下：

go 复制代码

// 使用三个管道实现三个协程同步顺序打印a b c  
func printLetter(letter string, prevCh, nextCh chan struct{}, wg *sync.WaitGroup) {  
    defer wg.Done()  

    for i := 0; i < 10; i++ {  
        // 等待上一个协程通知  
        <-prevCh  
        fmt.Print(letter)  
        // 发送信号给下一个协程  
        nextCh <- struct{}{}  
    }
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup  
    wg.Add(3)  

    ch1 := make(chan struct{})  
    ch2 := make(chan struct{})  
    ch3 := make(chan struct{})  

    go printLetter("a", ch1, ch2, &wg)  
    go printLetter("b", ch2, ch3, &wg)  
    go printLetter("c", ch3, ch1, &wg)  

    // 启动第一个协程  
    ch1 <- struct{}{}  

    wg.Wait()
}

运行代码你会惊奇的发现最终结果是打印出来了，但是出现了死锁问题。对于有技术追求的程序员来说，怎么能就这样算了呢，肯定要给他解决了。

分析问题：问题的根源就是我们在通知下一个协程打印字母时，最后会形成一个环形，那么在第 1 个，第二个协程打印结束之后就会退出，最后一个协程在打印完成之后会管道 ch1 做 ch1 <- struct{}{} 的操作。因为我们定义的是无缓冲管道 ，所以第 3 个协程会立刻阻塞，但是第一个协程已经退出了没有办法对 ch1 做 <-ch1 操作，所以最后一个协程就会一直阻塞，WaitGroup 的计数器一直无法置零主协程无法退出，最终导致最后一个协程和主协程之间形成死锁，程序崩溃。

解决方法也很简单，只要在 printLetter 函数中加一个判断，判断它是否是第一个协程，如果是那么就对 prevCh 做 <-prevCh 操作以避免死锁问题。

go 复制代码

func printLetter(letter string, prevCh, nextCh chan struct{}, wg *sync.WaitGroup) {  
    defer wg.Done()  

    for i := 0; i < 10; i++ {  
        // 等待上一个协程通知  
        <-prevCh  
        fmt.Print(letter)  
        // 发送信号给下一个协程  
        nextCh <- struct{}{}  
    }
    
    if letter == "a" {
        <-prevCh
    }
}

这样第 1 个协程必须得等最后一个协程做 nextCh <- struct{}{} 操作才能退出，或者说最后一个协程等待第 1 个协程做 <-prevCh 操作才能退出。最终主协程也可以安全地退出。

对于使用多协程顺序打印字母表的问题，相信你读到这里也有思路了吧，代码如下：

go 复制代码

// 使用26个协程分别顺序打印字母表  
func printAlphabet(letter rune, prevCh, nextCh chan struct{}, wg *sync.WaitGroup) {  
    defer wg.Done()
    for i := 0; i < 10; i++ {  
        <-prevCh
        fmt.Printf("%c", letter)
        nextCh <- struct{}{}
    }  
    // 第一个协程必须要退出，因为最后一个协程往管道里面写入数据了，需要破环而出不然就会死锁  
    if letter == 'a' {
        <-prevCh
    }
}
  
func main() {  
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(26)

    var signals []chan struct{}  
    for i := 0; i < 26; i++ {  
        signals = append(signals, make(chan struct{}))  
    }  

    for letter, i := 'a', 0; letter <= 'z'; letter++ {  
        if letter == 'z' {  
            go printAlphabet(letter, signals[i], signals[0], &wg)
            break
        }
        go printAlphabet(letter, signals[i], signals[i+1], &wg)  
        i++
    }

    // 启动第一个协程  
    signals[0] <- struct{}{}  
    wg.Wait()  
}

这里我使用了一个切片存储了 26 个管道，这样避免了写重复代码。最终还是跟上面的代码一样，最后一个协程得要等第 1 个协程一起退出才不会死锁。