知识储备

临界区

在并发编程中，如果程序中的一部分会被并发访问或修改，那么，为了避免并发访问导致的意想不到的结果，这部分程序需要被保护起来，这部分被保护起来的程序，就叫做临界区。

CAS

• CAS 指令将给定的值和一个内存地址中的值进行比较，如果它们是同一个值，就使用新值替换内存地址中的值，这个操作是原子性的
• 原子性保证这个指令总是基于最新的值进行计算，如果同时有其它线程已经修改了这个值，那么，CAS 会返回失败。

sync

mutex

当一个 goroutine 获得锁后， 其它请求锁的goroutine 就会阻塞，直到锁被释放并且自己获得这个锁

Locker 接口

mutex实现了Locker接口

四个阶段

• 初版
• 给新人机会
• 给给些机会
• 解决饥饿

结构体

• state
  • mutexLocked 持有锁标记
  • mutexWoken 唤醒标记
  • mutexStarving 饥饿标记
  • mutexWaiters 阻塞等待的waiter数量
• sema：信号量变量，用来控制等待goroutine的阻塞休眠和唤醒

模式

正常模式

• 先入先出，被唤醒的 waiter 和新来的 goroutine 进行竞争
• 唤醒的waiter获取不到锁，插入到队列的前面。新来的 goroutine获取不到锁，插入到队列尾部
• waiter获取不到锁超过1毫秒，进入饥饿模式

饥饿模式

• 锁交给队列最前面的waiter
• 新来的goroutine不会获取锁，直接插入队列尾部
• waiter是队列中的最后一个了或者waiter的等待时间小于 1 毫秒，进入正常模式

易错场景

• Lock/Unlock 不是成对出现
• Copy 已使用的 Mutex
• 重入
• 死锁
  • 互斥
  • 持有和等待
  • 不可剥夺
  • 环路等待

RWMutex

某一时刻只能由任意数量的 reader 持有，或者是只被单个的 writer 持有

reader和writer优先级

• 写优先
• 请求的writer到来，如果已经有一些reader请求了锁的话，writer会等待已经存在的reader都释放锁之后才获取到锁，后面来的新reader要等writer执行完后才会获得锁 。

结构体

• 5个字段
  • w Mutex // 互斥锁解决多个writer的竞争
  • writerSem uint32 // writer信号量
  • readerSem uint32 // reader信号量
  • readerCount int32 // 记录当前 reader 的数量（以及是否有 writer 竞争锁）
  • readerWait int32 // 记录 writer 请求锁时需要等待 read 完成的 reader 的数量
• 一个常量：const rwmutexMaxReaders = 1 << 30=1073741824//定义了最大的 reader 数量

易错场景

• 不可复制
• 重入导致死锁
  • writer 重入调用 Lock 的时候，就会出现死锁的现象
  • 在 reader 的读操作时调用 writer 的写操作
  • writer 依赖活跃的 reader -> 活跃的 reader 依赖新来的 reader -> 新来的 reader依赖 writer。
• 释放未加锁的 RWMutex

WaitGroup

用于等待一组goroutine完成执行的同步原语

方法

• Add：用来设置 WaitGroup 的计数值
• Done：用来将 WaitGroup 的计数值减 1，其实就是调用了 Add(-1)
• Wait：调用这个方法的 goroutine 会一直阻塞，直到 WaitGroup 的计数值变为 0

结构体

• noCopy
  • 辅助 vet 工具检查是否通过 copy 赋值这个 WaitGroup实例。不能在第一次使用之后复制使用
• state1
  • waiter数
  • 计数值
  • 信号量

常见错误

• 计数器设置为负值
  • 调用 Add 的时候传递一个负数
  • 调用 Done 方法的次数过多，超过了 WaitGroup 的计数值
• 不期望的 Add 时机。 并发Wait 和 Add，会出现 panic。

Once

用来执行且仅仅执行一次动作，常常用于单例对象的初始化场景

方法

• Do:只有第一次调用会执行

结构体

• done uint32 标记是否已经执行过Do方法
• m 保证只有一个 goroutine 执行Do方法

错误

• 死锁，Do方法里面再次调用Do方法
• 未初始化，Do方法执行失败不会再次执行

Cond

等待某个条件的一组 goroutine，等条件变为 true 的时候，其中一个 goroutine或者所有的 goroutine 都会被唤醒执行(等待-条件-通知)

方法

• Broadcast：唤醒等待队列中的所有waiter
• Signal：唤醒等待队列中的第一个waiter
• wait：
  • 把调用者放到等待队列中并阻塞，直到被Broadcast或者Signal唤醒并从等待队列中删除
  • 必须要持有锁（一般Mutex 或者 RWMutex）

结构体

• L 绑定的锁
• notifyList 等待 / 通知的队列
• copyChecker 辅助结构，检查 Cond 是否被复制使用

常见错误

• 调用 Wait 的时候没有加锁
• 只调用了一次 Wait，没有检查等待条件是否满足，结果条件没满足，程序就继续执行了（ waiter 被唤醒不等于等待条件被满足）

Map

并发安全、键值对、无序

key类型

• K 必须是可比较的
• 不可比较类型：slice、map、函数、struct包含slice也不可以当key

方法

• Store
• Load
• Delete
• Range

优点

• 空间换时间
• 优先从read字段增删查改，读取不需要加锁
• 动态调整
• double-checking
• 延迟删除

Pool

来缓存一组可独立访问的临时对象，避免反复创建销毁带来的性能损耗

特点

• 并发安全
• 不可以在使用之后复制

方法

• New：创建新的元素
• Get：取走元素
• Put：返回元素

结构体

• noCopy
• local：用来存储当前主要的空闲可用的元素
• localSize
• victim：用来存储空闲的元素。垃圾回收时，把 victim 中的对象移除，然后把 local 的数据给 victim，local 就会被清空
• victimSize
• New

坑

• 内存泄露
• 内存浪费