Golang中，有哪些常见的数据结构是线程安全的？

Gopher辉
2,310 阅读5分钟

在实际项目中，线程安全的问题肯定会涉及到，这篇文章就总结Golang中有哪些常见的数据结构是线程安全的，以及他们的使用场景。

常见数据结构：

  1. sync.Mutex：这是一种互斥锁，可以用来保护对共享数据的访问。使用时，需要在访问共享数据的代码块之前调用 Lock 方法，在代码块执行完毕后调用 Unlock 方法。这是Golang中最基本的悲观锁，很多的数据结构都是通过sync.Mutex来实现线程安全。
  2. chan：这是 Go 中的通道，可以在多个 goroutine 之间进行数据传递。在通道的发送和接收操作中，Go 会自动进行加锁，保证线程安全，可以从goroutine的源码中看出，其结构中有lock的字段。
type hchan struct {
	qcount   uint           // 循环数组中的数量
	dataqsiz uint           // 循环数组中的size
    // channel分为有缓冲和无缓冲两种
	buf      unsafe.Pointer // points to an array of dataqsiz elements
	elemsize uint16	// channel中的元素大小
	closed   uint32  // channel是否关闭
	elemtype *_type // channel中的元素类型
	sendx    uint   // 循环数组中的下一次发送下标位置
	recvx    uint   // 循环数组中的下一次接受下标位置
    // 尝试读取channel或向channel写入数据而被阻塞的goroutine
    // waitq 是一个双向链表
	recvq    waitq  // list of recv waiters
	sendq    waitq  // list of send waiters

	// lock protects all fields in hchan, as well as several
	// fields in sudogs blocked on this channel.
	//
	// Do not change another G's status while holding this lock
	// (in particular, do not ready a G), as this can deadlock
	// with stack shrinking.
	lock mutex
}
  1. sync.RWMutex：这是一种读写锁，可以用来保护对共享数据的访问。与互斥锁不同的是，读写锁允许多个 goroutine 同时读取共享数据，但在写入时会阻塞读取操作。
type RWMutex struct {
	w           Mutex  // 互斥锁用于保证写操作的独占访问
	writerSem   uint32 // 保护写操作的独占访问，同时也用于记录当前有多少个写操作正在进行。
	readerSem   uint32 // 保护读操作的独占访问，同时也用于记录当前有多少个读操作正在进行。
	readerCount int32  // 计数器，用于记录当前有多少个读操作正在进行
	readerWait  int32  // 计数器，用于记录写操作阻塞时的读操作数量
}

在获取读锁时，RWMutex 会先使用互斥锁保护计数器，并将计数器加 1。如果当前没有写操作正在进行，则会立即返回；否则，RWMutex会使用互斥锁将当前 goroutine 阻塞，直到所有写操作完成为止。在释放读锁时RWMutex会再次使用互斥锁保护计数器，并将计数器减 1。如果计数器减为 0，则表明当前没有读操作正在进行，RWMutex会唤醒所有被阻塞的写操作。在获取写锁时，RWMutex 会使用互斥锁阻塞所有的读操作和写操作，直到当前写操作完成为止。

  1. sync.Once：这是一种用于保证某段代码仅执行一次的工具。使用时，可以通过调用 Do 方法来执行指定的代码块，如果之前已经调用过 Do 方法，那么这次调用就会被忽略。
import "sync"

type singleton struct {
}

var (
    instance *singleton
    once     sync.Once
)

func GetInstance() *singleton {
    once.Do(func() {
        instance = &singleton{
        }
    })
    return instance
}
  1. sync.Map：这是一种并发安全的 map，可以在多个 goroutine 之间安全地读写。底层层实现逻辑和chan一样，也是通过sync.Mutex来实现的。
  2. sync.WaitGroup：这是一种用于等待一组 goroutine 执行完毕的工具。使用时，可以通过调用 Add 方法来指定等待的 goroutine 数量，然后在每个 goroutine 执行完毕后调用 Done 方法来通知 WaitGroup。最后，可以调用 Wait 方法来阻塞当前 goroutine，直到所有等待的 goroutine 执行完毕。

其他的数据结构：

  1. sync.Pool：这是一种对象池，可以用来缓存对象，避免频繁地分配和释放内存。使用时，可以通过调用 Put 方法将对象放入池中，通过调用 Get 方法获取对象。
  2. sync.Cond：这是一种条件变量，可以用来在多个 goroutine 之间同步执行。使用时，可以通过调用 Wait 方法阻塞当前 goroutine，直到满足特定条件时被唤醒，或者通过调用 Signal 方法唤醒一个被阻塞的 goroutine。
  3. sync.Locker：这是一个接口，定义了加锁、解锁、尝试加锁的操作。实现了这个接口的类型都是线程安全的。

虽然这些数据结构是线程安全的，但使用它们时仍需要注意一些问题，例如：

  • 避免死锁：使用互斥锁时，要注意避免两个 goroutine 之间相互等待对方释放锁，从而导致死锁。
  • 尽量减少加锁时间：加锁会影响性能，应尽量减少加锁时间。
  • 使用适当的锁类型：应根据需要选择适当的锁类型，例如读多写少时可以使用读写锁，避免写操作阻塞读操作。

在 Go 中，还有一些数据结构是默认是非线程安全的，例如：

  1. map：这是 Go 中的内置 map 类型，默认是非线程安全的。如果需要在多个 goroutine 之间安全地读写 map，可以使用 sync.Map 或自己实现加锁机制。
  2. slice：这是 Go 中的内置 slice 类型，默认是非线程安全的。如果需要在多个 goroutine 之间安全地读写 slice，可以使用互斥锁或读写锁进行保护。
  3. 结构体：Go 中的结构体默认是非线程安全的。如果需要在多个 goroutine 之间安全地读写结构体，可以使用互斥锁或读写锁进行保护。
avatar
文章
阅读
粉丝