一文聊聊Go语言中资源竞争问题

Golang go语言 Go 后端 2023-05-14 19:05:06 528人浏览薄情痞子

摘要

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

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
    ...
}

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%d\n", 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%d\n", 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%d\n", 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%d\n", 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%d\n", 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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本文标题: 一文聊聊Go语言中资源竞争问题

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