我们都知道,在并发编程中,线程安全是非常重要的。接下来我们就假定一个场景,复现一下线程不安全的情况,再聊聊如何在Go中解决
场景
我们现在需要对1~100求他们的阶乘,并将结果放到一个map中
1! = 1 = 1 2! = 1 * 2 = 2 3! = 1 * 2 * 3 = 6 4! = 1 * 2 * 3 * 4 = 24 5! = 1 * 2 * 3 * 4 * 5 = 120 ... { 1: 1 2: 2 3: 6 4: 24 5: 120 ... }
代码实现
var factorialMap = make(map[int]int) func Factorial(n int) { result := 1 for i := 1; i <= n; i++ { result *= i } factorialMap[n] = result } func main() { for i := 1; i < 10; i++ { Factorial(i) } for k, v := range factorialMap { fmt.Printf("%d 的阶乘是%dn", k, v) } }
上述代码执行结果其实是没问题的,为什么会出现乱序呢?因为这是go语言中map其实就是乱序的,按照我们的理解,先存的先出,但是不好意思,Golang的map不是这样的。 上面执行也没什么问题啊,细心的同学可能发现了,这个版本的代码并没有用上并发,对吧。好接下来我们继续改进
并发实现
var factorialMap = make(map[int]int) func Factorial(n int) { result := 1 for i := 1; i <= n; i++ { result *= i } factorialMap[n] = result } func main() { for i := 1; i < 10; i++ { go Factorial(i) } for k, v := range factorialMap { fmt.Printf("%d 的阶乘是%dn", k, v) } }
我们可以发现,并发版就是在调用计算阶乘函数的前面加上了一个go
而已。不要小看这个go
,扯远了,当然大家知道这是go语言中开启一个协程的关键字即可。
执行结果就是,控制台啥都没输出,这是因为主协程和子协程之间的执行关系,下面我们画图理解
从上图中我们可以发现,主协程执行的时间短(表现在比较短),子协程执行时间比较长(表现在比较长) 我们一定要记住,子协程是相对于当前的主协程来说的,如果主协程不存在了,那就没有子协程了
所以上面代码啥都没输出就是因为,主协程已经执行完了,但是子协程还没做完,那子协程都没做完,factorialMap
中能有东西吗?
主等子
这就引出我们第一个问题,主协程如何等待子协程执行完再退出程序。我们现在用一个最简单,最容易想到的做法
var factorialMap = make(map[int]int) func Factorial(n int) { result := 1 for i := 1; i <= n; i++ { result *= i } factorialMap[n] = result } func main() { for i := 1; i < 100; i++ { go Factorial(i) } time.Sleep(time.Second * 3) for k, v := range factorialMap { fmt.Printf("%d 的阶乘是%dn", k, v) } }
当并发数比较小的时候,这个问题可能不会出现,一旦并发数变大,问题就立马出现了
图中的执行结果是并发map写入错误为什么会出现这个问题,我们假设100个人往一个篮子里放水果,很容易。但是100个人从一个篮子里拿水果,那就会出问题,首先,篮子里的水果不一定够100个,其二每个人都想先拿,必然会引起争抢。
问题一优化
针对上面的问题,我们引入全局锁的概念。这就有点像我们上厕所,100个人都想上厕所,但厕所只有1个,谁先抢到了谁先上,并且这个人还有给厕所上锁,防止其他人进来
var factorialMap = make(map[int]int) var lock sync.Mutex func Factorial(n int) { result := 1 for i := 1; i <= n; i++ { result *= i } // defer 不好理解 // defer func(){ // lock.Unlock() // 执行完解锁 // }() lock.Lock() // 执行时上锁 factorialMap[n] = result lock.Unlock() // 执行后解锁 } func main() { for i := 1; i < 100; i++ { go Factorial(i) } time.Sleep(time.Second * 3) for k, v := range factorialMap { fmt.Printf("%d 的阶乘是%dn", k, v) } }
执行结果有0可能是数据类型存不下了导致的,这个大家不用关心
这样我们就解决了资源竞争的问题了。但其实还有一个问题,就是我们在主协程中还是必须手动等待,这要非常不好,那如果子协程3秒内解决不了怎么办?
问题二优化
这个问题是我们不想在主协程中手动等待子协程,换句话说是我们不想直接在代码中写明要等待多长时间
这里我们就引入了WaitGroup
var factorialMap = make(map[int]int) var lock sync.Mutex var wg sync.WaitGroup func Factorial(n int) { result := 1 for i := 1; i <= n; i++ { result *= i } lock.Lock() // 执行时上锁 factorialMap[n] = result lock.Unlock() // 执行后解锁 wg.Done() } func main() { for i := 1; i < 100; i++ { wg.Add(1) go Factorial(i) } wg.Wait() for k, v := range factorialMap { fmt.Printf("%d 的阶乘是%dn", k, v) } }
WaitGroup的内部原理大家自己细扣,我这就不讲了 总结来说就是WaitGroup
是一个篮子,每开一个协程,就往篮子中加一个标识(Add函数),每执行完一个协程,就从篮子中减去一个标识(Done函数),最后查看篮子中,如果是空的,就表示协程执行完了(Wait函数)
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