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使用 sync.Cond 解决并发访问共享资源问题
在并发编程中,当多个 goroutine
需要访问共享资源时,我们需要使用一些机制来协调它们的执行顺序,以避免竞态条件和数据不一致的问题。在 Go 语言中,sync.Cond
条件变量就是一种常用的机制,它可以用来等待和通知其他 goroutine
。
sync.Cond 和互斥锁的区别
互斥锁(sync.Mutex)用于保护临界区和共享资源,而 sync.Cond
则用于协调多个 goroutine
的执行顺序。互斥锁只能一个 goroutine
持有锁,其他 goroutine
必须等待锁被释放才能继续执行。而 sync.Cond
可以让等待的 goroutine
在条件满足时被唤醒,进而继续执行。
sync.Cond 的四个方法
sync.Cond 的定义如下:
go
// Each Cond has an associated Locker L (often a *Mutex or *RWMutex),
// which must be held when changing the condition and
// when calling the Wait method.
//
// A Cond must not be copied after first use.
type Cond struct {
noCopy noCopy
// L is held while observing or changing the condition
L Locker
notify notifyList
checker copyChecker
}
每个 Cond 实例都会关联一个锁 L
(互斥锁 *Mutex,或读写锁 *RWMutex),当修改条件或者调用 Wait
方法时,必须加锁。
1. NewCond 创建实例
go
func NewCond(l Locker) *Cond
NewCond
方法用于创建一个 Cond
实例,并关联一个锁(互斥锁或读写锁)。
2. Broadcast 广播唤醒所有等待的 goroutine
go
// Broadcast wakes all goroutines waiting on c.
//
// It is allowed but not required for the caller to hold c.L
// during the call.
func (c *Cond) Broadcast()
Broadcast
方法用于唤醒所有等待条件变量 c
的 goroutine
。它不需要持有锁来调用。
3. Signal 唤醒一个等待的 goroutine
go
// Signal wakes one goroutine waiting on c, if there is any.
//
// It is allowed but not required for the caller to hold c.L
// during the call.
func (c *Cond) Signal()
Signal
方法用于唤醒一个等待条件变量 c
的 goroutine
。它不需要持有锁来调用。
4. Wait 等待条件变量满足
go
// Wait atomically unlocks c.L and suspends execution
// of the calling goroutine. After later resuming execution,
// Wait locks c.L before returning. Unlike in other systems,
// Wait cannot return unless awoken by Broadcast or Signal.
//
// Because c.L is not locked when Wait first resumes, the caller
// typically cannot assume that the condition is true when
// Wait returns. Instead, the caller should Wait in a loop:
//
// c.L.Lock()
// for !condition() {
// c.Wait()
// }
// ... make use of condition ...
// c.L.Unlock()
//
func (c *Cond) Wait()
Wait
方法会自动释放锁,并挂起当前的 goroutine
,直到条件变量 c
被 Broadcast
或 Signal
唤醒。被唤醒后,Wait
方法会重新获得锁,并继续执行后续的代码。
使用示例
下面是一个使用 sync.Cond 的示例,实现了一个简单的读写同步机制:
go
package main
import (
"fmt"
"sync"
"time"
)
var done = false
func read(str string, c *sync.Cond) {
c.L.Lock()
for !done {
c.Wait()
}
fmt.Println(str, "start reading")
c.L.Unlock()
}
func write(str string, c *sync.Cond) {
fmt.Println(str, "start writing")
time.Sleep(2 * time.Second)
c.L.Lock()
done = true
c.L.Unlock()
fmt.Println(str, "wake up all")
c.Broadcast()
}
func main() {
m := &sync.Mutex{}
c := sync.NewCond(m)
go read("reader1", c)
go read("reader2", c)
write("writer", c)
time.Sleep(5 * time.Second)
}
在这个示例中,有两个读取协程(reader1
和 reader2
)和一个写入协程(writer
)。写入协程在执行后会通知所有等待的读取协程,读取协程在条件满足时才能开始读取。
输出结果如下:
writer start writing
writer wake up all
reader2 start reading
reader1 start reading
通过使用 sync.Cond
,我们可以很方便地实现多个 goroutine
之间的等待和通知机制,从而更好地协调并发访问共享资源的执行顺序。