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golang中的鎖競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題

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

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當(dāng)我們打印錯(cuò)誤的時(shí)候使用鎖可能會(huì)帶來(lái)意想不到的結(jié)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(shí)長(zhǎng)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(lái)貌似沒(méi)有什么問(wèn)題，但是卻會(huì)導(dǎo)致死鎖：

  1. 更新課件時(shí)長(zhǎng)的時(shí)候上鎖，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)
  2. 判斷如果時(shí)長(zhǎng)小于60秒的話，就報(bào)錯(cuò)。但是注意這里fmt.Errorf打印結(jié)構(gòu)c會(huì)調(diào)用String()方法
  3. 我們看String方法里面，又使用了讀鎖，避免讀取的時(shí)候數(shù)據(jù)被更新

因?yàn)閷?duì)臨界資源重復(fù)上鎖，所以導(dǎo)致了死鎖的問(wèn)題。解決辦法也很簡(jiǎn)單：

  • 把鎖放到錯(cuò)誤判斷之后：

    func (c *Courseware) UpdateDuration(duration int) error {

	if duration < 60 {
		return fmt.Errorf("課件時(shí)長(zhǎng)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(fù)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(shí)長(zhǎng)必須大于等于60秒： %d， id: %d", c.Duration, c.Id) // 打印放在一個(gè)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(shí)長(zhǎng)必須大于等于60秒： 0， id: 0

我們?cè)倏匆粋€(gè)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(gè)長(zhǎng)度為1，容量為1的切片，然后分別在2個(gè)協(xié)程里面調(diào)用append往切片追加元素。這種情況會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)么？

答案是不會(huì)。在其中一個(gè)協(xié)程里面，當(dāng)我們append元素的時(shí)候，因?yàn)閟的容量為1，所以底層會(huì)復(fù)制一個(gè)新的數(shù)組；同樣另一個(gè)協(xié)程也是如此。

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

注意：這里的關(guān)鍵就是，兩個(gè)協(xié)程是否會(huì)同時(shí)訪問(wèn)一個(gè)內(nèi)存空間，這時(shí)導(dǎo)致數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)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(gè)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(chǎn)生了數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題。因?yàn)閟的容量足夠大，所以?xún)蓚€(gè)協(xié)程有可能操作同一個(gè)底層數(shù)組的同一塊內(nèi)存。

解決辦法也很簡(jiǎn)單，重新copy一個(gè)s就行了。

下面我們繼續(xù)看一個(gè)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 < ; i++ {
			u.AddOnline("userid" + strconv.Itoa(i))
		}
	}()

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

	time.Sleep(time.Second)
}
  1. 我們有一個(gè)用戶(hù)的機(jī)構(gòu)，里面有個(gè)online字段是一個(gè)map，里面保存了在線的用戶(hù)信息
  2. 我們有一個(gè)添加在線用戶(hù)的方法AddOnline，方法里面使用了鎖，是因?yàn)閙ap是并發(fā)不安全的
  3. 我們還有一個(gè)統(tǒng)計(jì)所有在線用戶(hù)的方法AllOnline
  4. 在AllOnline中，我們?cè)L問(wèn)u.online的map，我們加上了讀鎖。這里的想法是訪問(wèn)當(dāng)前在線用戶(hù)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(hù)的數(shù)量

可能我們覺(jué)得這個(gè)是沒(méi)問(wèn)題的，但是當(dāng)我們運(yùn)行程序的時(shí)候會(huì)發(fā)現(xiàn)這里存在數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)：

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?yàn)?，在map內(nèi)部，是hmap結(jié)構(gòu)，主要包含元數(shù)據(jù)（例如，計(jì)數(shù)器）和引用數(shù)據(jù)桶的指針。 因此，online := u.online 不會(huì)復(fù)制實(shí)際數(shù)據(jù)，而是復(fù)制的指針，實(shí)際操作的還是同一片內(nèi)存。

解決這個(gè)問(wèn)題也不難：

  • 我們可以把鎖的范圍擴(kuò)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(fù)制一個(gè)副本出來(lái)，像上面我們說(shuō)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(gè)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(xiàn)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 < ; i++ {
			u.AddOnline("userid" + strconv.Itoa(i))
		}
	}()

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

	time.Sleep(time.Second)
}

現(xiàn)在我們直接使用User結(jié)構(gòu)體定義這兩個(gè)方法，但是當(dāng)我們執(zhí)行程序的時(shí)候，報(bào)了數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的錯(cuò)誤：

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

這個(gè)又是什么原因造成的呢？這是因?yàn)?，?dāng)我門(mén)使用User作為參數(shù)時(shí)，直接復(fù)制了User的副本，因此sync.RWMutex也會(huì)被復(fù)制。

因?yàn)殒i被復(fù)制了，所以對(duì)于同一個(gè)臨界資源，處于不同鎖的讀寫(xiě)操作可以同時(shí)訪問(wèn)。

新聞標(biāo)題：golang中的鎖競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題
轉(zhuǎn)載注明：http://chinadenli.net/article34/dsoidpe.html

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