Golang併發之共享記憶體變數

張君鴻發表於2019-03-28
Golang記憶體變數

應該說，無論使用哪一種程式語言開發應用程式，併發程式設計都是複雜的，而Go語言內建的併發支援，則讓Go併發程式設計變得很簡單。

CSP

CSP，即順序通訊程式，是Go語言中原生支援的併發模型，一般使用goroutine和channel來實現，CSP的程式設計思想是“通過通訊共享記憶體，而不是通過共享記憶體來通訊”，因此使用CSP思想來開發併發程式，一般是使用channel串聯多個goroutine，最終達到多個goroutine順序執行的目的。

共享記憶體變數

我們知道，單個的goutine程式碼是順序執行，而併發程式設計時，建立多個goroutine，但我們並不能確定不同的goroutine之間的執行順序，多個goroutine之間大部分情況是程式碼交叉執行，在執行過程中，可能會修改或讀取共享記憶體變數，這樣就會產生資料競爭,發生一些意外之外的結果。

package main

var balance int
//存款
func Deposit(amount int) { 
    balance = balance + amount 
}
//讀取餘額
func Balance() int {
    return balance
}

func main(){
    //小王：存600，並讀取餘額
    go func(){
        Deposit(600)
        fmt.Println(Balance())
    }()
    //小張：存500
    go func(){
        Deposit(500)
    }()
    
    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println(balance)
}
複製程式碼

上面的例子叫銀行存款問題，是演示併發的經典例子。

一般我們認為，這個例子的執行結果只有三種：

  1. 小王存600，小王讀取餘額為600，小張再存500，總金額為1100
  2. 小張存500，小王存600，小王讀取餘額為500，總金額為1100
  3. 小王存600，小張存500，小王讀取餘額為500，總金額為1100

上面的情況，都是假設存款操作是順序的，但是，還存在一種情況，也就是小王或小張併發執行存款操作，這時候會發生存款金額丟失的風險。

鎖

看到上面的例子之後，我們知道資料競爭會產生嚴重的後果，那如何避免資料競爭呢？有三種：

  1. 通過channel串聯goroutine，達到順序執行的效果，避免競爭。
  2. 不在併發程式中修改共享變數，這當然是不太可能的情況。
  3. 通過使用鎖，使用同一時間只有一個goroutine可以修改記憶體中的變數，也就使用不同goroutine修改變數時發生互斥行為。

sync.Mutex:互斥鎖

我們可以使用Go語言提供的互斥鎖來避免上述的資料競爭行為的發生,可以把程式碼進行相應的修改：

mu sync.Mutex // 宣告一個互斥鎖
func Deposit(amount int) {
    mu.Lock()//獲取鎖
    balance = balance + amount
    mu.Unlock()//釋放鎖
}
//讀取餘額
func Balance() int {
    mu.Lock()//獲取鎖
    return balance
    mu.Unlock()//釋放鎖
}
複製程式碼

sync.RWMutex:讀寫鎖

當我們使用Mutex互斥鎖的時候，那麼無論是讀取還是修改，都需要等待其他goroutine釋放鎖，但是讀取相對修改來是，是安全的操作，Go提供了另外一種鎖，sync.RWMutex，讀寫鎖，這種鎖，多個讀取的時候，不會鎖，只有修改時候，需要等到所有讀取的鎖釋放，才能修改，所以我們可以把Balance()函式修改為：

rmu sync.RWMutex
func Balance() int {
    rmu.RLock()//獲取讀鎖
    return balance
    rmu.RUnlock()//釋放讀鎖
}
複製程式碼

更好地使用鎖

上面的例子中，我們都是在函式後面釋放鎖的，但實際開發中，函式的程式碼很長，有各種判斷，我們無法保證函式能執行到最後，併成功釋放鎖，如果中發生錯誤，無法釋放鎖，就造成其他goroutine的阻塞，因此可以使用defer關鍵字，讓函式無論如何都會釋放鎖。

package main
import "sync"

var balance int
mu sync.Mutex // 宣告一個互斥鎖
rmu sync.RWMutex
//存款
func Deposit(amount int) {
    mu.Lock()//獲取鎖
    balance = balance + amount
    mu.Unlock()//釋放鎖
}
//讀取餘額
func Balance() int {
    rmu.RLock()//獲取讀鎖
    return balance
    rmu.RUnlock()//釋放讀鎖
}

func main(){
    //小王：存600，並讀取餘額
    go func(){
        Deposit(600)
        fmt.Println(Balance())
    }()
    //小張：存500
    go func(){
        Deposit(500)
    }()
    
    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println(balance)
}
複製程式碼

總結

當然，在實際專案併發程式設計的時候，我們遇到的情況要遠比上述例子複雜得多，因此還要多多練習，讓自己對併發有更學層次的理解。

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