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Golang 临界资源安全与互斥锁

分类: golang编程 | 浏览: 206

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

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