让我们来看看负责提供同步原语的 Go 包:sync。
sync.Mutex
sync.Mutex 可能是 sync 包中被广泛使用的原语。它允许对共享资源进行互斥操作(即不允许同时访问):
必须指出的是 sync.Mutex 无法被复制(就像 sync 包中的所有其他原语一样)。如果一个结构体有一个 sync 字段,必须通过指针进行传递。
sync.RWMutex
sync.RWMutex 是一个读写锁。它提供了与我们刚刚看到的 Lock() 和 Unlock() 相同的方法(因为这两个结构都实现了 sync.Locker 接口)。然而,它还允许使用 RLock() 和 RUnlock() 方法进行并发读取:
一个 sync.RWMutex 允许至少一个读取者或正好一个写入者,而一个 sync.Mutex 则允许正好一个读取者或写入者。
让我们运行一个快速的基准测试来比较这些方法:
正如我们注意到的那样,读取锁定/解锁 sync.RWMutex 比锁定/解锁 sync.Mutex 更快。另一方面,调用 Lock()/Unlock() 在 sync.RWMutex 上是最慢的操作。
总的来说,当我们有频繁的读取和不经常的写入时,应该使用 sync.RWMutex。
sync.WaitGroup
sync.WaitGroup 也经常被使用。它是一个 goroutine 等待一组 goroutine 完成的惯用方式。
sync.WaitGroup 拥有一个内部计数器。如果这个计数器等于 0,Wait() 方法会立即返回。否则,它会被阻塞,直到计数器变为 0。
要增加计数器,我们可以使用 Add(int) 方法。要减少计数器,可以使用 Done()(将计数器减 1)或者使用带有负值的相同的 Add(int) 方法。
在以下示例中,我们将启动八个 goroutine 并等待它们完成:
每次我们创建一个 goroutine 时,都会使用 wg.Add(1) 来增加 wg 的内部计数器。我们也可以在 for 循环外部调用 wg.Add(8)。
与此同时,每当一个 goroutine 完成时,它会使用 wg.Done() 来减少 wg 的内部计数器。
一旦执行了八个 wg.Done() 语句,主 goroutine 就会继续执行。
sync.Map
sync.Map 是 Go 中的一个并发版本的 map,我们可以:
- 使用 Store(interface{}, interface{}) 添加元素
- 使用 Load(interface) interface{} 检索元素
- 使用 Delete(interface{}) 删除元素
- 使用 LoadOrStore(interface{}, interface{}) (interface, bool) 检索或添加元素(如果之前不存在)。返回的 bool 值为 true 表示在操作前键存在于 map 中。
- 使用 Range 在元素上进行迭代
Go 在线测试: https://play.golang.org/p/BO8IDVIDwsr
正如你所看到的,Range 方法接受一个 func(key, value interface{}) bool 函数作为参数。如果我们返回 false,则迭代会停止。有趣的是,即使我们在恒定时间之后返回 false(更多信息),最坏情况下的时间复杂度仍然保持为 O(n)。
何时应该使用 sync.Map 而不是在经典的 map 上加 sync.Mutex 呢?
- 当我们有频繁读取和不经常写入时(与 sync.RWMutex 类似)
- 当多个 goroutine 为不相交的键集合读取、写入和覆盖条目。这具体意味着什么?例如,如果我们有一个分片实现,有 4 个 goroutine 每个负责 25% 的键(没有冲突)。在这种情况下,sync.Map 也是首选。
sync.Pool
sync.Pool 是一个并发池,负责安全地保存一组对象。
其公共方法包括:
- Get() interface{} 用于检索一个元素
- Put(interface{}) 用于添加一个元素
值得注意的是,就顺序而言是没有保证的。Get 方法指定它从池中获取一个任意的项目。
也可以指定一个创建方法:
每次调用 Get() 时,它将返回由传递给 pool.New 的函数创建的对象(在本例中是一个指针)。
何时应该使用 sync.Pool 呢?有两种情况:
- 第一种情况是当我们需要重用共享且长期存在的对象时,比如一个数据库连接。
- 第二种情况是优化内存分配。
让我们考虑一个函数的示例,该函数将数据写入缓冲区并将结果持久化到文件中。使用 sync.Pool,我们可以重复使用分配给缓冲区的空间,跨不同的函数调用重复使用同一个对象。
第一步是检索先前分配的缓冲区(或者如果是第一次调用,则创建一个,但这已经被抽象化了)。然后,延迟操作是将缓冲区放回池中。
sync.Pool 还有一个要提到的重要点。由于指针可以被放入 Get() 返回的接口值中,无需进行任何分配,因此最好将指针放入池中而不是结构体。
这样,我们既可以有效地重用已分配的内存,又可以减轻垃圾收集器的压力,因为如果变量逃逸到堆上,它就不需要再次分配内存。
sync.Once
sync.Once 是一个简单而强大的原语,用于确保一个函数只被执行一次。
在这个例子中,将只有一个 goroutine 显示输出消息:
我们使用了 Do(func()) 方法来指定只有这部分代码必须被执行一次。
sync.Cond
让我们以最可能最少使用的原语 sync.Cond 结束。
它用于向 goroutine 发出信号(一对一)或向 goroutine(s) 广播信号(一对多)。
假设我们有一个场景,需要通知一个 goroutine 共享切片的第一个元素已被更新。
创建一个 sync.Cond 需要一个 sync.Locker 对象(可以是 sync.Mutex 或 sync.RWMutex):
接下来,让我们编写一个函数来显示切片的第一个元素:
正如你所看到的,我们可以使用 cond.L 来访问内部互斥锁。一旦锁被获取,我们调用 cond.Wait(),它会阻塞直到收到信号。
现在回到主 goroutine。我们将通过传递一个共享切片和之前创建的 sync.Cond 来创建一个 printFirstElement 池。然后,我们调用一个 get() 函数,将结果存储在 s[0] 中并发出一个信号:
这个信号将解除一个创建的 goroutine 的阻塞状态,它将显示 s[0]。
然而,如果我们退一步来看,我们可能会认为我们的代码可能违反了 Go 最基本的原则之一:
不要通过共享内存来通信;相反,通过通信来共享内存。
事实上,在这个例子中,最好使用一个通道来传递 get() 返回的值。
然而,我们也提到了 sync.Cond 还可以用于广播信号。
让我们修改上一个示例的结尾,将 Signal() 改为 Broadcast():
在这种情况下,所有的 goroutine 都会被触发。
众所周知,通道元素只会被一个 goroutine 捕获。唯一模拟广播的方式是关闭一个通道,但这不能重复使用。因此,尽管 颇具争议,这无疑是一个有趣的特性。
还有一个值得提及的 sync.Cond 使用场景,也许是最重要的一个:
示例的 Go Playground 地址:https://play.golang.org/p/ap5qXF5DAg5