深入剖析 Golang 锁：避免常见的陷阱

2023-09-13 01:25:30

Golang 并发编程中的锁：陷阱与规避

在 Golang 中，锁发挥着至关重要的作用，确保了数据一致性和正确性，尤其是在多个协程并发访问共享资源时。然而，使用锁也暗藏着陷阱，如果不慎，很容易跌入坑中。本文将深入探讨 Golang 中锁的知识，帮助你识别和规避这些陷阱，在并发编程中如鱼得水。

陷阱 1：死锁

什么是死锁？

死锁发生在多个协程相互等待对方释放锁时。就像陷入一场拔河比赛，双方都不肯松手，结果谁也动弹不了。

示例：

func main() {
  var lock1, lock2 sync.Mutex

  go func() {
    lock1.Lock()
    lock2.Lock()
    lock1.Unlock()
    lock2.Unlock()
  }()

  go func() {
    lock2.Lock()
    lock1.Lock()
    lock2.Unlock()
    lock1.Unlock()
  }()
}

在这个例子中，两个协程同时尝试获取 lock1 和 lock2，导致死锁。要避免死锁，一种有效的方法是锁排序 ，即始终以相同的顺序获取锁。

陷阱 2：竞态条件

什么是竞态条件？

竞态条件发生在多个协程同时访问共享资源，并且操作顺序会影响结果时。就像一场赛跑，不同协程以不同的速度奔跑，最终谁先到达终点取决于执行时的具体情况。

示例：

var counter int

func main() {
  for i := 0; i < 100; i++ {
    go func() {
      counter++
    }()
  }
}

在这个例子中，多个协程并发修改 counter 变量，导致最终结果不确定。为了避免竞态条件，可以借助互斥锁 ，比如 sync.Mutex，确保同一时刻只有一个协程可以访问共享资源。

陷阱 3：channel 同步

什么是 channel 同步？

channel 同步是指使用 channel 来协调协程之间的操作。就像交通信号灯，控制着协程的通行和停止。

示例：

func main() {
  done := make(chan bool)

  go func() {
    // 执行耗时操作
    done <- true
  }()

  <-done // 等待操作完成
}

在这个例子中，协程等待 channel done 接收到 true 信号，然后继续执行。然而，如果发送信号的协程崩溃或被取消，会导致主协程永远阻塞。为了避免这种情况，可以使用channel 缓冲 或超时机制 。

陷阱 4：sync.Mutex

什么是 sync.Mutex？

sync.Mutex 是一个基本的互斥锁，用于防止多个协程同时访问共享资源。就像一把门锁，确保同一时刻只有一个协程可以进入房间。

使用注意事项：

务必在所有访问共享资源的代码段中获取和释放锁。
避免持有锁的时间过长，以免影响并发性。
可以使用 sync.Mutex.TryLock() 来非阻塞地尝试获取锁。

陷阱 5：sync.RWMutex

什么是 sync.RWMutex？

sync.RWMutex 是一种读写锁，允许多个协程并发读取共享资源，但只能有一个协程同时写入。就像一个图书馆，允许多人同时阅读同一本书，但只能由一人修改。

使用注意事项：

读锁不会阻塞写锁，但写锁会阻塞读锁和写锁。
避免在持有读锁时修改共享资源。
可以使用 sync.RWMutex.RLock() 和 sync.RWMutex.RUnlock() 来获取和释放读锁。

陷阱 6：sync.Once

什么是 sync.Once？

sync.Once 用于确保某段代码只执行一次。就像一个开关，一旦打开就无法再关闭。

使用注意事项：

sync.Once.Do() 应该只在需要确保代码只执行一次的地方使用。
如果在 sync.Once.Do() 中抛出异常，可能会导致代码永远无法执行。

陷阱 7：sync.WaitGroup

什么是 sync.WaitGroup？

sync.WaitGroup 用于等待一组协程完成执行。就像一场马拉松比赛，sync.WaitGroup 确保所有参赛者都到达终点后才会宣布比赛结束。

使用注意事项：

务必在所有需要等待的协程完成后调用 sync.WaitGroup.Wait()。
避免在 sync.WaitGroup.Wait() 之前修改 WaitGroup 的计数器。
可以使用 sync.WaitGroup.Add() 和 sync.WaitGroup.Done() 来增加和减少计数器。

常见问题解答

为什么会出现死锁？
- 死锁发生在多个协程相互等待对方释放锁时。
如何避免竞态条件？
- 使用互斥锁，如 sync.Mutex，确保同一时刻只有一个协程可以访问共享资源。
channel 同步的目的是什么？
- channel 同步使用 channel 来协调协程之间的操作，防止协程在等待信号时阻塞。
sync.RWMutex 和 sync.Mutex 的区别是什么？
- sync.RWMutex 允许多个协程并发读取共享资源，而 sync.Mutex 只允许一个协程访问共享资源。
sync.Once 的作用是什么？
- sync.Once 确保一段代码只执行一次。