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golang中的鎖競爭問題

2022-10-28 06:42:37 後端開發

索引:https://www.waterflow.link/articles/1666884810643

當我們列印錯誤的時候使用鎖可能會帶來意想不到的結果,

我們看下面的例子:

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

type Courseware struct {
	mutex sync.RWMutex
	Id    int64
	Code   string
	Duration int
}

func (c *Courseware) UpdateDuration(duration int) error {
	c.mutex.Lock() // 1
	defer c.mutex.Unlock()

	if duration < 60 {
		return fmt.Errorf("課件時長必須大于等于60秒: %v", c) // 2
	}

	c.Duration = duration
	return nil
}

// 3
func (c *Courseware) String() string {
	c.mutex.RLock()
	defer c.mutex.RUnlock()
	return fmt.Sprintf("id %d, duration %d", c.Id, c.Duration)
}


func main() {
	c := &Courseware{}
	fmt.Println(c.UpdateDuration(0))
}

上面的代碼看起來貌似沒有什么問題,但是卻會導致死鎖:

  1. 更新課件時長的時候上鎖,避免出現資料競爭
  2. 判斷如果時長小于60秒的話,就報錯,但是注意這里fmt.Errorf列印結構c會呼叫String()方法
  3. 我們看String方法里面,又使用了讀鎖,避免讀取的時候資料被更新

因為對臨界資源重復上鎖,所以導致了死鎖的問題,解決辦法也很簡單:

  • 把鎖放到錯誤判斷之后:

    func (c *Courseware) UpdateDuration(duration int) error {
    
    	if duration < 60 {
    		return fmt.Errorf("課件時長必須大于等于60秒: %v", c) // 2
    	}
    
      c.mutex.Lock() 
    	defer c.mutex.Unlock()
    
    	c.Duration = duration
    	return nil
    }
    
  • 不使用String方法,避免重復上鎖:

    package main
    
    import (
    	"fmt"
    	"sync"
    )
    
    type Courseware struct {
    	mutex sync.RWMutex
    	Id    int64
    	Code   string
    	Duration int
    }
    
    func (c *Courseware) UpdateDuration(duration int) error {
    	c.mutex.Lock() 
    	defer c.mutex.Unlock()
    
    	if duration < 60 {
    		return fmt.Errorf("課件時長必須大于等于60秒: %d, id: %d", c.Duration, c.Id) // 列印放在一個鎖里面也能保證安全
    	}
    
    	c.Duration = duration
    	return nil
    }
    
    
    func main() {
    	c := &Courseware{}
    	fmt.Println(c.UpdateDuration(0))
    }
    
    go  run  10.go
    課件時長必須大于等于60秒: 0, id: 0
    

我們再看一個切片的例子:

package main

import (
	"fmt"
)


func main() {
	s := make([]int, 1)

	go func() {
		s1 := append(s, 1)
		fmt.Println(s1)
	}()

	go func() {
		s2 := append(s, 1)
		fmt.Println(s2)
	}()
}

我們初始化了一個長度為1,容量為1的切片,然后分別在2個協程里面呼叫append往切片追加元素,這種情況會導致資料競爭么?

答案是不會,在其中一個協程里面,當我們append元素的時候,因為s的容量為1,所以底層會復制一個新的陣列;同樣另一個協程也是如此,

go  run -race 10.go
[0 1]
[0 1]

注意:這里的關鍵就是,兩個協程是否會同時訪問一個記憶體空間,這時導致資料競爭的關鍵,

我們稍微修改下上面的例子:

package main

import (
	"fmt"
)


func main() {
	s := make([]int, 1, 10) // 1

	go func() {
		s1 := append(s, 1)
		fmt.Println(s1)
	}()

	go func() {
		s2 := append(s, 1)
		fmt.Println(s2)
	}()
}
  1. 我們給s加了一個足夠大的容量
go  run -race 10.go
[0 1]
==================
WARNING: DATA RACE
Write at 0x00c0000c0008 by goroutine 8:
  main.main.func2()
...

可以看到這就產生了資料競爭的問題,因為s的容量足夠大,所以兩個協程有可能操作同一個底層陣列的同一塊記憶體,

解決辦法也很簡單,重新copy一個s就行了,

下面我們繼續看一個map的例子:

package main

import (
	"strconv"
	"sync"
	"time"
)

// 1
type User struct {
	mu       sync.RWMutex
	online map[string]bool
}

// 2
func (u *User) AddOnline(id string) {
	u.mu.Lock()
	u.online[id] = true
	u.mu.Unlock()
}

// 3
func (u *User) AllOnline() int {
	u.mu.RLock()
	online := u.online // 4
	u.mu.RUnlock()

	sum := 0
	for _, o := range online { // 5
		if o {
			sum++
		}
	}
	return sum
}

func main() {
	u := &User{}
	u.online = make(map[string]bool)

	go func() {
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			u.AddOnline("userid" + strconv.Itoa(i))
		}
	}()

	go func() {
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			u.AllOnline()
		}
	}()

	time.Sleep(time.Second)
}
  1. 我們有一個用戶的機構,里面有個online欄位是一個map,里面保存了在線的用戶資訊
  2. 我們有一個添加在線用戶的方法AddOnline,方法里面使用了鎖,是因為map是并發不安全的
  3. 我們還有一個統計所有在線用戶的方法AllOnline
  4. 在AllOnline中,我們訪問u.online的map,我們加上了讀鎖,這里的想法是訪問當前在線用戶的map,并賦值給online,然后釋放讀鎖
  5. 遍歷賦值的online查出在線用戶的數量

可能我們覺得這個是沒問題的,但是當我們運行程式的時候會發現這里存在資料競爭:

go  run -race 10.go
==================
WARNING: DATA RACE
Write at 0x00c0000a0060 by goroutine 6:
  runtime.mapassign_faststr()

...

==================
fatal error: concurrent map iteration and map write

這是因為,在map內部,是hmap結構,主要包含元資料(例如,計數器)和參考資料桶的指標, 因此,online := u.online 不會復制實際資料,而是復制的指標,實際操作的還是同一片記憶體,

解決這個問題也不難:

  • 我們可以把鎖的范圍擴大,像下面這樣:

    func (u *User) AllOnline() int {
    	u.mu.RLock()
    	defer u.mu.RUnlock()
    	online := u.online
    
    	sum := 0
    	for _, o := range online {
    		if o {
    			sum++
    		}
    	}
    	return sum
    }
    
  • 另一種方法就是復制一個副本出來,像上面我們說的切片一樣:

    func (u *User) AllOnline() int {
    	u.mu.RLock()
    	online := make(map[string]bool, len(u.online))
    	for s, b := range u.online {
    		online[s] = b
    	}
    	u.mu.RUnlock()
    
    	sum := 0
    	for _, o := range online {
    		if o {
    			sum++
    		}
    	}
    	return sum
    }
    

上面的例子中我們使用了*User定義了2個方法:

func (u *User) AddOnline(id string) {
	u.mu.Lock()
	u.online[id] = true
	u.mu.Unlock()
}

func (u *User) AllOnline() int {
	u.mu.RLock()
	online := make(map[string]bool, len(u.online))
	for s, b := range u.online {
		online[s] = b
	}
	u.mu.RUnlock()

	sum := 0
	for _, o := range online {
		if o {
			sum++
		}
	}
	return sum
}

我現在我們稍微修改下上面的列子:

package main

import (
	"strconv"
	"sync"
	"time"
)

type User struct {
	mu       sync.RWMutex
	online map[string]bool
}

func (u User) AddOnline(id string) {
	u.mu.Lock()
	u.online[id] = true
	u.mu.Unlock()
}

func (u User) AllOnline() int {
	u.mu.RLock()
	online := make(map[string]bool, len(u.online))
	for s, b := range u.online {
		online[s] = b
	}
	u.mu.RUnlock()

	sum := 0
	for _, o := range online {
		if o {
			sum++
		}
	}
	return sum
}

func main() {
	u := User{}
	u.online = make(map[string]bool)

	go func() {
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			u.AddOnline("userid" + strconv.Itoa(i))
		}
	}()

	go func() {
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			u.AllOnline()
		}
	}()

	time.Sleep(time.Second)
}

現在我們直接使用User結構體定義這兩個方法,但是當我們執行程式的時候,報了資料競爭的錯誤:

go  run -race 10.go
==================
WARNING: DATA RACE
Read at 0x00c00011e060 by goroutine 7:
  main.User.AllOnline()

這個又是什么原因造成的呢?這是因為,當我門使用User作為引數時,直接復制了User的副本,因此sync.RWMutex也會被復制,

因為鎖被復制了,所以對于同一個臨界資源,處于不同鎖的讀寫操作可以同時訪問,

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/521822.html

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