介紹

Go 內(nèi)存模型規(guī)定了一些條件，在這些條件下，在一個 goroutine 中讀取變量返回的值能夠確保是另一個 goroutine 中對該變量寫入的值?！痉g這篇文章花費了我 3 個半小時 】

Happens Before（在…之前發(fā)生）

在一個 goroutine 中，讀操作和寫操作必須表現(xiàn)地就好像它們是按照程序中指定的順序執(zhí)行的。這是因為，在一個 goroutine 中編譯器和處理器可能重新安排讀和寫操作的執(zhí)行順序（只要這種亂序執(zhí)行不改變這個 goroutine 中在語言規(guī)范中定義的行為）。

因為亂序執(zhí)行的存在，一個 goroutine 觀察到的執(zhí)行順序可能與另一個 goroutine 觀察到的執(zhí)行順序不同。 比如，如果一個 goroutine 執(zhí)行a = 1; b = 2;，另一個 goroutine 可能觀察到 b 的值在 a 之前更新。

為了規(guī)定讀取和寫入的必要條件，我們定義了 happens before （在…之前發(fā)生），一個在 Go 程序中執(zhí)行內(nèi)存操作的部分順序。如果事件 e1 發(fā)生在事件 e2 之前，那么我們說 e2 發(fā)生在 e1 之后。同樣，如果 e1 不在 e2 之前發(fā)生也不在 e2 之后發(fā)生，那么我們說 e1 和 e2 同時發(fā)生。

在一個單獨的 goroutine 中，happens-before 順序就是在程序中的順序。

一個對變量 v 的 讀操作 r 可以被允許觀察到一個對 v 的寫操作 w，如果下列條件同時滿足：

r 不在 w 之前發(fā)生在 w 之后，r 之前，沒有其他對 v 的寫入操作 w' 發(fā)生。

為了確保一個對變量 v 的讀操作 r 觀察到一個對 v 的 寫操作 w，必須確保 w 是唯一的 r 允許的寫操作。就是說下列條件必須同時滿足：

w 在 r 之前發(fā)生任何其他對共享的變量 v 的寫操作發(fā)生在 w 之前或 r 之后。

這兩個條件比前面兩個條件要嚴格，它要求不能有另外的寫操作與 w 或 r 同時發(fā)生。

在一個單獨的 goroutine 中，沒有并發(fā)存在，所以這兩種定義是等價的：一個讀操作 r 觀察到的是最近對 v 的寫入操作 w 。當多個 goroutine 訪問一個共享的變量 v 時，它們必須使用同步的事件來建立 happens-before 條件來確保讀操作觀察到預期的寫操作。

在內(nèi)存模型中，使用零值初始化一個變量的 v 的行為和寫操作的行為一樣。

讀取和寫入超過單個機器字【32 位或 64 位】大小的值的行為和多個無序地操作單個機器字的行為一樣。

同步

初始化

程序初始化操作在一個單獨的 goroutine 中運行，但是這個 goroutine 可能創(chuàng)建其他并發(fā)執(zhí)行的 goroutines。

如果包 p 導入了包 q，那么 q 的 init 函數(shù)執(zhí)行完成發(fā)生在 p 的任何 init 函數(shù)執(zhí)行之前。

函數(shù) main.main【也就是 main 函數(shù)】 的執(zhí)行發(fā)生在所有的 init 函數(shù)完成之后。

Goroutine 創(chuàng)建

啟動一個新的 goroutine 的 go 語句的執(zhí)行在這個 goroutine 開始執(zhí)行前發(fā)生。

比如，在這個程序中：

var a string

func f() {
	print(a) // 后
}

func hello() {
	a = "hello, world"
	go f() // 先
}

調(diào)用 hello 函數(shù)將會在之后的某個事件點打印出 “hello, world”。【因為 a = “hello, world” 語句在 go f() 語句之前執(zhí)行，而 goroutine 執(zhí)行的函數(shù) f 在 go f() 語句之后執(zhí)行，a 的值已經(jīng)初始化了 】

Goroutine 銷毀

goroutine 的退出不保證發(fā)生在程序中的任何事件之前。比如，在這個程序中：

var a string

func hello() {
	go func() { a = "hello" }()
	print(a)
}

a 的賦值之后沒有跟隨任何同步事件，所以不能保證其他的 goroutine 能夠觀察到賦值操作。事實上，一個激進的編譯器可能刪除掉整個 go 語句。

如果在一個 goroutine 中賦值的效果必須被另一個 goroutine 觀察到，那么使用鎖或者管道通信這樣的同步機制來建立一個相對的順序。

管道通信

管道通信是在 goroutine 間同步的主要方法。一個管道的發(fā)送操作匹配【對應】一個管道的接收操作（通常在另一個 goroutine 中）。

一個在有緩沖的管道上的發(fā)送操作在相應的接收操作完成之前發(fā)生。

這個程序：

var c = make(chan int, 10) // 有緩沖的管道
var a string

func f() {
	a = "hello, world"
	c <- 0 // 發(fā)送操作，先
}

func main() {
	go f()
	<-c // 接收操作，后
	print(a)
}

能夠確保輸出 “hello, world”。因為對 a 的賦值操作在發(fā)送操作前完成，而接收操作在發(fā)送操作之后完成。

關閉一個管道發(fā)生在從管道接收一個零值之前。

在之前的例子中，將 c <- 0 語句替換成 close(c) 效果是一樣的。

一個在無緩沖的管道上的接收操作在相應的發(fā)送操作完成之前發(fā)生。

這個程序 （和上面一樣，使用無緩沖的管道，調(diào)換了發(fā)送和接收操作）：

var c = make(chan int) // 無緩沖的管道
var a string

func f() {
	a = "hello, world"
	<-c // 接收操作，先
}

func main() {
	go f()
	c <- 0 // 發(fā)送操作，后
	print(a)
}

也會確保輸出 “hello, world”。

如果管道是由緩沖的 （比如， c = make(chan int, 1)）那么程序不能夠確保輸出 "hello, world". （它可能會打印出空字符串、或者崩潰、或者做其他的事）

在一個容量為 C 的管道上的第 k 個接收操作在第 k+C 個發(fā)送操作完成之前發(fā)生。

該規(guī)則將前一個規(guī)則推廣到帶緩沖的管道。它允許使用帶緩沖的管道實現(xiàn)計數(shù)信號量模型：管道中的元素數(shù)量對應于正在被使用的數(shù)量【信號量的計數(shù)】，管道的容量對應于同時使用的最大數(shù)量，發(fā)送一個元素獲取信號量，接收一個元素釋放信號量。這是一個限制并發(fā)的常見用法。

下面的程序?qū)ぷ髁斜碇械拿恳豁梿右粋€ goroutine 處理，但是使用 limit 管道來確保同一時間內(nèi)只有 3 個工作函數(shù)在運行。

var limit = make(chan int, 3)

func main() {
	for _, w := range work {
		go func(w func()) {
			limit <- 1 // 獲取信號量
			w()
			<-limit // 釋放信號量
		}(w)
	}
	select{}
}

鎖

sync 包實現(xiàn)了兩個鎖數(shù)據(jù)類型，sync.Mutex 和 sync.RWMutex 。

對任何 sync.Mutex 或 sync.RWMutex 類型的變量 l 和 n < m，第 n 個l.Unlock()操作在第 m 個 l.Lock() 操作返回之前發(fā)生。

這個程序：

var l sync.Mutex
var a string

func f() {
	a = "hello, world"
	l.Unlock() // 第一個 Unlock 操作，先
}

func main() {
	l.Lock()
	go f()
	l.Lock() // 第二個 Lock 操作，后
	print(a)
}

保證會打印出"hello, world"。

Once

sync 包提供了 Once 類型，為存在多個 goroutine 時的初始化提供了一種安全的機制。多個線程可以為特定的 f 執(zhí)行一次 once.Do(f)，但是只有一個會運行 f()，其他的調(diào)用將會阻塞直到 f() 返回。

一個從 once.Do(f) 調(diào)用的 f()的返回在任何 once.Do(f) 返回之前發(fā)生。

在這個程序中：

var a string
var once sync.Once

func setup() {
	a = "hello, world" // 先
}

func doprint() {
	once.Do(setup)
	print(a) // 后
}

func twoprint() {
	go doprint()
	go doprint()
}

調(diào)用 twoprint 只會調(diào)用 setup 一次。setup 函數(shù)在調(diào)用 print 函數(shù)之前完成。結果將會打印兩次"hello, world"。

不正確的同步

注意到一個讀操作 r 可能觀察到與它同時發(fā)生的寫操作w 寫入的值。當這種情況發(fā)生時，那也不能確保在 r 之后發(fā)生的讀操作能夠觀察到在 w 之前發(fā)生的寫操作。

在這個程序中：

var a, b int

func f() {
	a = 1
	b = 2
}

func g() {
	print(b)
	print(a)
}

func main() {
	go f()
	g()
}

可能會發(fā)生函數(shù) g 輸出 2 然后 0 的情況?！綽 的值輸出為2，說明已經(jīng)觀察到了 b 的寫入操作。但是之后讀取 a 的值卻為 0，說明沒有觀察到 b 寫入之前的 a 寫入操作！不能以為 b 的值是 2，那么 a 的值就一定是 1 ！】

這個事實使一些常見的處理邏輯無效。

比如，為了避免鎖帶來的開銷，twoprint 那個程序可能會被不正確地寫成：

var a string
var done bool

func setup() {
	a = "hello, world"
	done = true
}

func doprint() {
	if !done { // 不正確！
		once.Do(setup)
	}
	print(a)
}

func twoprint() {
	go doprint()
	go doprint()
}

這樣寫不能保證在 doprint 中觀察到了對 done 的寫入。這個版本可能會不正確地輸出空串。

另一個不正確的代碼邏輯是循環(huán)等待一個值改變：

var a string
var done bool

func setup() {
	a = "hello, world"
	done = true
}

func main() {
	go setup()
	for !done { // 不正確！
	}
	print(a)
}

和之前一樣，在 main 中，觀察到了對 done 的寫入并不意味著觀察到了對 a 的寫入，所以這個程序可能也會打印一個空串。更糟糕的是，不能夠保證對 done 的寫入會被 main 觀察到，因為兩個線程間沒有同步事件。 在 main 中的循環(huán)不能確保會完成。

類似的程序如下：

type T struct {
	msg string
}

var g *T

func setup() {
	t := new(T)
	t.msg = "hello, world"
	g = t
}

func main() {
	go setup()
	for g == nil { // 不正確
	}
	print(g.msg)
}

即使 main 觀察到了 g != nil，退出了循環(huán)，也不能確保它觀察到了 g.msg 的初始值。

在所有這些例子中，解決方法都是相同的：使用顯示地同步。

到此這篇關于Go 內(nèi)存模型的文章就介紹到這了,更多相關Go 內(nèi)存模型內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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