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一文聊聊Go语言中资源竞争问题

一文聊聊Go语言中资源竞争问题

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     ... }
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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)     } }
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一文聊聊Go语言中资源竞争问题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)     } }
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一文聊聊Go语言中资源竞争问题我们可以发现,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

一文聊聊Go语言中资源竞争问题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)     } }
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一文聊聊Go语言中资源竞争问题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

一文聊聊Go语言中资源竞争问题

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)     } }
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一文聊聊Go语言中资源竞争问题执行结果有0可能是数据类型存不下了导致的,这个大家不用关心

一文聊聊Go语言中资源竞争问题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)     } }
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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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