一、臨界資源

臨界資源: 指并發(fā)環(huán)境中多個(gè)進(jìn)程/線(xiàn)程/協(xié)程共享的資源。

但是在并發(fā)編程中對(duì)臨界資源的處理不當(dāng)， 往往會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題。

示例代碼：

package main
?
import (
    "fmt"
    "time"
)
?
func main()  {
    a := 1
    go func() {
        a = 2
        fmt.Println("子goroutine。。",a)
    }()
    a = 3
    time.Sleep(1)
    fmt.Println("main goroutine。。",a)
}

我們通過(guò)終端命令來(lái)執(zhí)行：

能夠發(fā)現(xiàn)一處被多個(gè)goroutine共享的數(shù)據(jù)。

二、臨界資源安全問(wèn)題

并發(fā)本身并不復(fù)雜，但是因?yàn)橛辛速Y源競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，就使得我們開(kāi)發(fā)出好的并發(fā)程序變得復(fù)雜起來(lái)，因?yàn)闀?huì)引起很多莫名其妙的問(wèn)題。

如果多個(gè)goroutine在訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)數(shù)據(jù)資源的時(shí)候，其中一個(gè)線(xiàn)程修改了數(shù)據(jù)，那么這個(gè)數(shù)值就被修改了，對(duì)于其他的goroutine來(lái)講，這個(gè)數(shù)值可能是不對(duì)的。

舉個(gè)例子，我們通過(guò)并發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)火車(chē)站售票這個(gè)程序。一共有100張票，4個(gè)售票口同時(shí)出售。

我們先來(lái)看一下示例代碼：

package main
?
import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "time"
)
?
//全局變量
var ticket = 10 // 100張票
?
func main() {
    /*
    4個(gè)goroutine，模擬4個(gè)售票口，4個(gè)子程序操作同一個(gè)共享數(shù)據(jù)。
     */
    go saleTickets("售票口1") // g1,100
    go saleTickets("售票口2") // g2,100
    go saleTickets("售票口3") //g3,100
    go saleTickets("售票口4") //g4,100
?
    time.Sleep(5*time.Second)
}
?
func saleTickets(name string) {
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    //for i:=1;i<=100;i++{
    //  fmt.Println(name,"售出：",i)
    //}
    for { //ticket=1
        if ticket > 0 { //g1,g3,g2,g4
            //睡眠
            time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1000)) * time.Millisecond)
            // g1 ,g3, g2,g4
            fmt.Println(name, "售出：", ticket)  // 1 , 0, -1 , -2
            ticket--   //0 , -1 ,-2 , -3
        } else {
            fmt.Println(name,"售罄，沒(méi)有票了。。")
            break
        }
    }
}
?

我們?yōu)榱烁玫挠^察臨界資源問(wèn)題，每個(gè)goroutine先睡眠一個(gè)隨機(jī)數(shù)，然后再售票，我們發(fā)現(xiàn)程序的運(yùn)行結(jié)果，還可以賣(mài)出編號(hào)為負(fù)數(shù)的票。

分析：

我們的賣(mài)票邏輯是先判斷票數(shù)的編號(hào)是否為負(fù)數(shù)，如果大于0，然后我們就進(jìn)行賣(mài)票，只不過(guò)在賣(mài)票錢(qián)先睡眠，然后再賣(mài)，假如說(shuō)此時(shí)已經(jīng)賣(mài)票到只剩最后1張了，某一個(gè)goroutine持有了CPU的時(shí)間片，那么它再片段是否有票的時(shí)候，條件是成立的，所以它可以賣(mài)票編號(hào)為1的最后一張票。但是因?yàn)樗谫u(mài)之前，先睡眠了，那么其他的goroutine就會(huì)持有CPU的時(shí)間片，而此時(shí)這張票還沒(méi)有被賣(mài)出，那么第二個(gè)goroutine再判斷是否有票的時(shí)候，條件也是成立的，那么它可以賣(mài)出這張票，然而它也進(jìn)入了睡眠。。其他的第三個(gè)第四個(gè)goroutine都是這樣的邏輯，當(dāng)某個(gè)goroutine醒來(lái)的時(shí)候，不會(huì)再判斷是否有票，而是直接售出，這樣就賣(mài)出最后一張票了，然而其他的goroutine醒來(lái)的時(shí)候，就會(huì)陸續(xù)賣(mài)出了第0張，-1張，-2張。

這就是臨界資源的不安全問(wèn)題。某一個(gè)goroutine在訪(fǎng)問(wèn)某個(gè)數(shù)據(jù)資源的時(shí)候，按照數(shù)值，已經(jīng)判斷好了條件，然后又被其他的goroutine搶占了資源，并修改了數(shù)值，等這個(gè)goroutine再繼續(xù)訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)數(shù)據(jù)的時(shí)候，數(shù)值已經(jīng)不對(duì)了。

三、臨界資源安全問(wèn)題的解決

要想解決臨界資源安全的問(wèn)題，很多編程語(yǔ)言的解決方案都是同步。通過(guò)上鎖的方式，某一時(shí)間段，只能允許一個(gè)goroutine來(lái)訪(fǎng)問(wèn)這個(gè)共享數(shù)據(jù)，當(dāng)前goroutine訪(fǎng)問(wèn)完畢，解鎖后，其他的goroutine才能來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。

我們可以借助于sync包下的鎖操作。

示例代碼：

package main
?
import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "time"
    "sync"
)
?
//全局變量
var ticket = 10 // 100張票
?
var wg sync.WaitGroup
var matex sync.Mutex // 創(chuàng)建鎖頭
?
func main() {
    /*
    4個(gè)goroutine，模擬4個(gè)售票口，4個(gè)子程序操作同一個(gè)共享數(shù)據(jù)。
     */
    wg.Add(4)
    go saleTickets("售票口1") // g1,100
    go saleTickets("售票口2") // g2,100
    go saleTickets("售票口3") //g3,100
    go saleTickets("售票口4") //g4,100
    wg.Wait()              // main要等待。。。
?
    //time.Sleep(5*time.Second)
}
?
func saleTickets(name string) {
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    defer wg.Done()
    //for i:=1;i<=100;i++{
    //  fmt.Println(name,"售出：",i)
    //}
    for { //ticket=1
        matex.Lock()
        if ticket > 0 { //g1,g3,g2,g4
            //睡眠
            time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1000)) * time.Millisecond)
            // g1 ,g3, g2,g4
            fmt.Println(name, "售出：", ticket) // 1 , 0, -1 , -2
            ticket--                         //0 , -1 ,-2 , -3
        } else {
            matex.Unlock() //解鎖
            fmt.Println(name, "售罄，沒(méi)有票了。。")
            break
        }
        matex.Unlock() //解鎖
    }
}
?

運(yùn)行結(jié)果：

四、寫(xiě)在最后

在Go的并發(fā)編程中有一句很經(jīng)典的話(huà)：不要以共享內(nèi)存的方式去通信，而要以通信的方式去共享內(nèi)存。

在Go語(yǔ)言中并不鼓勵(lì)用鎖保護(hù)共享狀態(tài)的方式在不同的Goroutine中分享信息(以共享內(nèi)存的方式去通信)。而是鼓勵(lì)通過(guò)channel將共享狀態(tài)或共享狀態(tài)的變化在各個(gè)Goroutine之間傳遞（以通信的方式去共享內(nèi)存），這樣同樣能像用鎖一樣保證在同一的時(shí)間只有一個(gè)Goroutine訪(fǎng)問(wèn)共享狀態(tài)。

當(dāng)然，在主流的編程語(yǔ)言中為了保證多線(xiàn)程之間共享數(shù)據(jù)安全性和一致性，都會(huì)提供一套基本的同步工具集，如鎖，條件變量，原子操作等等。Go語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)也毫不意外的提供了這些同步機(jī)制，使用方式也和其他語(yǔ)言也差不多。

到此這篇關(guān)于GO語(yǔ)言臨界資源安全問(wèn)題的深入理解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)GO語(yǔ)言臨界資源安全 內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論