go并发编程-sync.Cond
sync.Cond是go标准库提供的一个条件变量，用于控制一组goroutine在满足特定条件下被唤醒。
使用场景
sync.Cond常用于一组goroutine等待，一个goroutine通知（事件发生）的场景。如果只有一个goroutine等待，一个goroutine通知（事件发生），使用Mutex或者Channel就可以实现。
可以用一个全局变量标志特定条件condition，每个sync.Cond都必须要关联一个互斥锁(Mutex或者RWMutex)，当condition发生变更或者调用Wait时，都必须加锁，保证多个goroutine安全地访问condition。
下面是go标准库http中关于pipe的部分实现，我们可以看到，pipe使用sync.Cond来控制管道中字节流的写入和读取，在pipe中数据可用并且字节流复制到pipe的缓冲区之前，所有的需要读取该管道数据的goroutine都必须等待，直到数据准备完成。
type pipe struct {
mu sync.Mutex
c sync.Cond // c.L lazily initialized to &p.mu
b pipeBuffer // nil when done reading
...
}
// Read waits until data is available and copies bytes
// from the buffer into p.
func (p *pipe) Read(d []byte) (n int, err error) {
p.mu.Lock()
defer p.mu.Unlock()
if p.c.L == nil {
p.c.L = &p.mu
}
for {
...
if p.b != nil && p.b.Len() > 0 {
return p.b.Read(d)
}
...
p.c.Wait() // write未完成前调用Wait进入等待
}
}
// Write copies bytes from p into the buffer and wakes a reader.
// It is an error to write more data than the buffer can hold.
func (p *pipe) Write(d []byte) (n int, err error) {
p.mu.Lock()
defer p.mu.Unlock()
if p.c.L == nil {
p.c.L = &p.mu
}
defer p.c.Signal() // 唤醒所有等待的goroutine
if p.err != nil {
return 0, errClosedPipeWrite
}
if p.breakErr != nil {
p.unread += len(d)
return len(d), nil // discard when there is no reader
}
return p.b.Write(d)
}
实现原理
type Cond struct {
noCopy noCopy // 用来保证结构体无法在编译期间拷贝
// L is held while observing or changing the condition
L Locker // 用来保证condition变更安全
notify notifyList // 待通知的goutine列表
checker copyChecker // 用于禁止运行期间发生的拷贝
}
type notifyList struct {
wait uint32 // 正在等待的goroutine的ticket
notify uint32 // 已经通知到的goroutine的ticket
lock uintptr // key field of the mutex
head unsafe.Pointer // 链表头部
tail unsafe.Pointer // 链表尾部
}
copyChecker
copyChecker是一个指针类型，在创建时，它的值指向自身地址，用于检测该对象是否发生了拷贝。如果发生了拷贝，则直接panic。
// copyChecker holds back pointer to itself to detect object copying.
type copyChecker uintptr
func (c *copyChecker) check() {
if uintptr(*c) != uintptr(unsafe.Pointer(c)) &&
!atomic.CompareAndSwapUintptr((*uintptr)(c), 0, uintptr(unsafe.Pointer(c))) &&
uintptr(*c) != uintptr(unsafe.Pointer(c)) {
panic("sync.Cond is copied")
}
}
Wait
调用 Wait 会自动释放锁 c.L，并挂起调用者所在的 goroutine，因此当前协程会阻塞在 Wait 方法调用的地方。如果其他协程调用了 Signal 或 Broadcast 唤醒了该协程，那么 Wait 方法在结束阻塞时，会重新给 c.L 加锁，并且继续执行 Wait 后面的代码。
对条件的检查，使用了 for !condition() 而非 if，是因为当前协程被唤醒时，条件不一定符合要求，需要再次 Wait 等待下次被唤醒。为了保险起见，使用 for 能够确保条件符合要求后，再执行后续的代码。
func (c *Cond) Wait() {
c.checker.check()
t := runtime_notifyListAdd(&c.notify)
c.L.Unlock()
runtime_notifyListWait(&c.notify, t)
c.L.Lock()
}
- 检查Cond是否被复制，如果被复制，直接panic；
- 调用runtime_notifyListAdd调用者添加到通知列表并解锁，以便可以接收到通知，然后将返回的ticket传入到runtime_notifyListWait来等待通知。
- 当前goroutine会阻塞在wait调用的地方，直到其他goroutine调用Signal或Broadcast唤醒该协程。
func notifyListAdd(l *notifyList) uint32 {
return atomic.Xadd(&l.wait, 1) - 1
}
notifyListWait会将当前goroutine追加到链表的尾端，同时调用goparkunlock让当前goroutine陷入休眠，该方法会直接让出当前处理器的使用权并等待调度器的唤醒。
func notifyListWait(l *notifyList, t uint32) {
s := acquireSudog()
s.g = getg()
s.ticket = t
if l.tail == nil {
l.head = s
} else {
l.tail.next = s
}
l.tail = s
goparkunlock(&l.lock, waitReasonSyncCondWait, traceEvGoBlockCond, 3)
releaseSudog(s)
}
Signal
Signal会唤醒队列最前面的Goroutine。
func (c *Cond) Signal() {
c.checker.check()
runtime_notifyListNotifyOne(&c.notify)
}
func notifyListNotifyOne(l *notifyList) {
t := l.notify
atomic.Store(&l.notify, t+1)
for p, s := (*sudog)(nil), l.head; s != nil; p, s = s, s.next {
if s.ticket == t {
n := s.next
if p != nil {
p.next = n
} else {
l.head = n
}
if n == nil {
l.tail = p
}
s.next = nil
readyWithTime(s, 4)
return
}
}
}
Broadcast
Broadcast会唤醒队列中全部的goroutine。
func (c *Cond) Broadcast() {
c.checker.check()
runtime_notifyListNotifyAll(&c.notify)
}
func notifyListNotifyAll(l *notifyList) {
s := l.head
l.head = nil
l.tail = nil
atomic.Store(&l.notify, atomic.Load(&l.wait))
for s != nil {
next := s.next
s.next = nil
readyWithTime(s, 4)
s = next
}
}
