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Golang 临界资源安全与互斥锁

引入

在任何支持并发编程的语言中,进程/线程对临界资源的竞争都是不可避免的问题,举一个例子来引入

转自:

参考: Go 语言中文文档:www.topgoer.com

 package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "time"
)
//全局变量票数
var tickets = 10
func main(){

    //三个goroutine  模拟售票窗口
    go saleTickets("售票口1")
    go saleTickets("售票口2")
    go saleTickets("售票口3")

    //为了保证3个goroutine协程正常工作,先将主线程睡眠5秒
    time.Sleep(5*time.Second)

}

func saleTickets(name string){
    //随机数种子
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    for {
        if tickets >0{
            //随机睡眠1~1000ms
            time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1000))*time.Millisecond)
            fmt.Println(name,"余票:",tickets)
            tickets--
        }else{
                fmt.Println(name,"售罄,已无票。。")
                 break 
        }
    }
}  

控制台输出结果:

 售票口1 余票: 10
售票口3 余票: 10
售票口2 余票: 10
售票口1 余票: 7
售票口2 余票: 6
售票口2 余票: 5
售票口1 余票: 4
售票口3 余票: 3
售票口2 余票: 2
售票口1 余票: 1
售票口1 售罄,已无票。。
售票口2 余票: 0
售票口2 售罄,已无票。。
售票口3 余票: -1
售票口3 售罄,已无票。。  

在以上的代码中,使用三个并发运行的go协程模拟了三个售票窗口同时售票,而由于全局变量tickets会被三个协程在一段时间内同时访问,因此tickets就是我们所说的“临界资源”。
我们可以发现:

  • 在开始时,三个窗口同时读到信息:tickets=10,从而随机都输出了余票=10
  • 而在结尾时,竟然出现了余票为负数的情况,其产生的原因在于,票数快要卖完时,当售票口1余票1,并且售完这一张票后,在这个时间段内,售票口2已经进入了if tickets > 0满足条件的代码块内,然而售票口1此时将最后一张票售出,tickets 由1变为0售票口2打印出来了不应该出现的结果:余票0,同理售票口3打印了不该出现的结果:余票-1

这就产生了临界资源竞争的问题,产生了错误的程序结果

临界 资源安全 问题的解决

要想解决临界资源安全的问题,很多编程语言的解决方案都是同步。通过上锁的方式,某一时间段内,只能允许一个goroutine来访问这个共享数据,当前goroutine访问完毕,解锁后,其他的goroutine才能访问

通过go语言,我们可以利用sync包下的锁操作,包含互斥锁和读写锁
以下代码使用了互斥锁来实现售票窗口之间的同步

 package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "sync"
    "time"
)
//全局变量票数
var tickets = 10
var mutex sync.Mutex
func main(){

    //三个goroutine  模拟售票窗口
    go saleTickets("售票口1")
    go saleTickets("售票口2")
    go saleTickets("售票口3")

    //主协程睡眠,要保证睡眠时间大于子协程一共的执行时间,否则子协程无法正常执行完毕
    time.Sleep(10*time.Second)
}

func saleTickets(name string){
    //随机数种子
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    for {
        //上锁
        mutex.Lock()
        if tickets >0{
            //随机睡眠1~1000ms
            time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1000))*time.Millisecond)
            fmt.Println(name,"余票:",tickets)
            tickets--
        }else{
            mutex.Unlock()
            fmt.Println(name,"售罄,已无票。。")
            break

        }
        //解锁
        mutex.Unlock()
    }
}  

Go并发编程

在Go的并发编程中有一句很经典的话:不要以 共享内存 的方式去通信,而要以通信的方式去共享内存。
在Go语言种并不鼓励用锁保护共享状态的方式在不同的Goroutine中分享信息(以共享内存的方式去通信)。而是鼓励通过channel将共享状态或共享状态的变化在各个Goroutine之间传递(以通信的方式去共享内存),这样同样能像用锁一样保证在同一的时间只有一个Goroutine访问共享状态。
当然,在主流的编程语言中为了保证多线程之间共享数据安全性和一致性,都会提供一套基本的同步工具集,如锁,条件变量,原子操作等等。Go语言标准库也毫不意外的提供了这些同步机制,使用方式也和其他语言差不多

文章来源:智云一二三科技

文章标题:Golang 临界资源安全与互斥锁

文章地址:https://www.zhihuclub.com/86642.shtml

关于作者: 智云科技

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