Go 语言学习笔记-select、锁和条件变量

select

• select 的作用：

  通过 select 可以监听 channel 上的数据流动。

• select 的用法：

  与 switch case 语法类似。但是 case 后面必须是 IO 操作，不可以人一些判断表达式。

  select {
  case <-chan1:
    // 如果 chan1 成功读到数据，则进行该 case 处理语句
  case chan2 <- 1:
    //如果成功向 chan2 写入数据，则进行该 case 处理语句
  default:
    // 如果上面都没有成功，则进入 default 处理流程
  }
  

• 注意：

  • 监听的 case 中，没有满足监听条件，阻塞。
  • 监听的 case 中，有多个满足监听条件，任选一个执行。
  • 可以使用 default 来处理所有case 都不满足监听条件的状况。通常不用（会产生忙轮询）。
  • select 自身不带有循环机制，需借助外层 for 来循环监听。
  • break 跳出 select 中的 case 选项。类似于 switch 中的用法。

超时处理

有时候会出现 goroutine 阻塞的情况，可以使用 select 来设置超时，通过如下的方式实现：

func main() {
  c := make(chan int)
  o := make(chan bool)
  go func() {
    for {
      select {
      case v := <-c:
        fmt.Println(v)
      case <time.After(5 * time.Second):
        fmt.Println("timeout"):
        o <- true
        break
      }
    }
  }()
  // c <-66  // 注释掉，引发 timeout
  <-o
}

锁和条件变量

什么是锁

就是某个协程（线程）在访问某个资源时先锁住，防止其他协程的访问，等访问完毕解锁后其他协程再来加锁进行访问。

死锁

死锁不是锁的一种，是一种错误使用锁导致的现象。

死锁是指两个或两个以上的进程在进行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，他们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁。

• 常见的场景：
  • 单 go 程自己死锁

package main

import "fmt"

func main() {
  ch := make(chan int)
  ch <- 1
  fmt.Println("send")
  go func() {
    <- ch
    fmt.Println("received")
  }()
  fmt.Println("over")
}

互斥锁

每个资源都对应一个可称为 “互斥锁” 的标记，这个标记用来保证在任意时刻，只能有一个协程（线程）访问该资源。其它的协程只能等待。

互斥锁是传统并发编程对共享资源进行访问控制的主要手段。它由标准库 sync 中的 Mutex 结构体类型表示。 sync.Mutex 类型只有两个公开的指针方法，Lock 和 Unlock。Lock 锁定当前的共享资源，Unlock 进行解锁。

在使用互斥锁时，一定要注意：对资源操作完成后，一定要解锁，否则会出现流程执行异常、死锁等问题。通常借助 defer。锁定后，立即使用 defer 语句保证互斥锁及时解锁。如下所示：

var mutex sync.Mutex

func write() {
  mutex.Lock()
  defer mutex.Unlock()
}

读写锁

互斥锁的本质是当一个 goroutine 访问的时候，其他 goroutine 都不能访问。这样在资源同步，避免竞争的同时也降低了程序的并发性能。程序由原来的并行执行变成了串行执行。

读写锁可以让多个读操作并发，同时读取，但是对于写操作是完全互斥的。也就是说，当一个 goroutine 进行写操作的时候，其他 goroutine 既不能进行读操作，也不能进行写操作。

读时共享，写时独占。写锁优先级比读锁高。

• “写锁定”和“读锁定”

  func (*RWMutex) Lock()
  func (*RWMutex) Unlock()
  

• “读锁定”和“写锁定”

  func (*RWMutex) RLock()
  func (*RWMutex) RUnlock()
  

条件变量

条件变量的作用并不能保证在同一时刻仅有一个协程（线程）访问某个共享的数据资源，而是在对应的共享数据的状态发生变化时，通知阻塞在某个条件上的协程（线程）。条件变量不是锁，在并发中不能达到同步的目的，因此条件变量总是与锁一块使用。

Go 标准库中的 sys.Cond 类型代表了条件变量。条件变量要与锁（互斥锁或者读写锁）一起使用。成员变量 L 代表与条件变量搭配使用的锁。

type Cond struct {
  noCopy noCopy
  L Locker
  notify notifyList
  checker copyChecker
}

• 对应的 3 个常用方法，Wait、Signal、Broadcast：
  • func (c *Cond) Wait()
    该函数的作用：
    • 阻塞等待条件变量满足
    • 释放已掌握的互斥锁，相当于 cond.Unlock()。注意：两步为原子操作(不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束)。
    • 当被唤醒，Wait() 函数返回时，解除阻塞并重新获取互斥锁。相当于 cond.Lock()
  • func (c *Cond) Signal()
    单发通知，给一个正等待（阻塞）在该条件变量上的 goroutine（线程）发送通知。
  • func (c *Cond) Broadcast()
    广播通知，给正在等待（阻塞）在该条件变量上的所有 goroutine（线程）发送通知。

• 使用流程：
  1. 创建条件变量：var cond sync.Cond
  2. 指定条件变量用的锁：cond.L = new(sync.Mutex)
  3. cond.Lock() 给公共区加锁（互斥量）
  4. 判断是否达到阻塞条件（缓冲区满/空） --- for 循环判断
  5. 访问公共区 ---读、写数据、打印
  6. 解锁条件变量用的锁 cond.L.Unlock()
  7. 唤醒阻塞在条件变量上的对端。signal() Broadcast()