Go 阻塞的实现示例

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时间:2024-08-28
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阻塞 

在Go语言中,阻塞通常指的是一个goroutine(轻量级线程)在等待另一个goroutine完成操作(如I/O操作、channel通信等)时,暂时停止执行的现象。Go语言提供了多种同步和通信机制,可以用于实现阻塞的效果。

使用 Channel 实现阻塞

Channel 是Go语言中的一个核心特性,用于在goroutines之间进行通信。通过channel,你可以实现阻塞等待数据或命令。

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	c := make(chan struct{})
	go func() {
		fmt.Println("业务处理~~~")
		time.Sleep(2 * time.Second)
		fmt.Println("业务处理完成~~~")
		close(c) // 关闭channel,通知工作完成
	}()

	<-c // 阻塞等待channel关闭
	fmt.Println("处理其他业务~~~")
}

使用 WaitGroup 实现阻塞

WaitGroup 是Go语言中用于同步一组并发操作的另一个工具。它通过计数器来跟踪完成的操作数量。

package main

import (
	"fmt"
	"strconv"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	var wg sync.WaitGroup //控制并发组

	doWork := func(i int) {
        // wg.Done(): 表示一个事件已经完成。它等价于 wg.Add(-1),但更明确地表达了“完成一个任务”的意图,并且在使用上更安全,因为它不会导致计数变为负数(如果已经到达零,则会panic)。
		defer wg.Done() // 当函数返回时,通知WaitGroup一个操作已完成相当于wg.Add(-1)
		fmt.Println("处理业务~~~" + strconv.Itoa(i))
		time.Sleep(2 * time.Second)
		fmt.Println("业务处理完成~~~" + strconv.Itoa(i))
	}

	for i := 0; i < 5; i++ {
		wg.Add(1)    // 增加WaitGroup的计数器
		go doWork(i) // 启动一个goroutine做工作
	}
	//主goroutine调用wg.Wait(),直到所有启动的goroutines都通过调用wg.Done()通知它们已经完成工作
	wg.Wait() // 阻塞,直到WaitGroup的计数器为0
	fmt.Println("所有业务处理完成~~~")
}

使用 Mutex 和 Conditional Variables 实现阻塞

Mutex(互斥锁)和条件变量可以用来同步访问共享资源,并实现基于条件的阻塞。 

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	var mtx sync.Mutex         //创建互斥锁
	cond := sync.NewCond(&mtx) //使用mtx作为底层互斥锁
	ready := false

	// 启动一个 goroutine 来改变条件变量 ready 的值,并通知 cond。
	go func() {
		fmt.Println("循环跟goroutine是go内部决定先调度的--------------------goroutine--------------------")
		time.Sleep(3 * time.Second)
		mtx.Lock() //使用互斥锁
		ready = true
		cond.Signal() // 唤醒至少一个等待的 goroutine
		mtx.Unlock()  //解锁
	}()

	mtx.Lock() // 锁定互斥锁,准备进入条件等待
	for !ready {
		fmt.Println("循环跟goroutine是go内部决定先调度的--------------------阻塞--------------------")
		cond.Wait() // 阻塞,直到 cond.Signal() 被调用
		//mtx.Unlock()
	}
	mtx.Unlock() // 解锁互斥锁,继续执行(此处mtx.Unlock()在for循环里面阻塞等待完成后也可以,也可以没有,因为主线程会结束,但如果后续还需要获取互斥锁则必须要释放否则报错)

	fmt.Println("准备继续~~~")
}

这里是一些关键的修改和注意事项:

  • sync.Cond 的使用需要一个 sync.Mutex 作为其底层的互斥锁。在使用 cond.Wait() 之前,必须先锁定这个互斥锁。

  • 在 cond.Wait() 调用中,当前的互斥锁会被自动释放,goroutine 会阻塞直到它被 cond.Signal() 或 cond.Broadcast() 唤醒。

  • 一旦 cond.Wait() 返回,goroutine 会重新获取互斥锁,然后继续执行循环或代码块。

  • 在 cond.Signal() 调用之后,您需要在某个地方调用 mtx.Unlock() 来释放互斥锁,否则主 goroutine 会在 cond.Wait() 之后无法获取到锁。

  • 您的代码中,cond.Wait() 之后的 mtx.Unlock() 应该在 for 循环之外,以避免在循环的每次迭代中重复加锁和解锁。 

在Go语言中,sync.Mutex(互斥锁)用于保护共享资源不被多个goroutine同时修改,以避免竞态条件。sync.Cond(条件变量)与互斥锁结合使用,可以在多个goroutine之间同步共享条件。以下是关于何时使用 mtx.Lock() 和 mtx.Unlock() 的指导:

mtx.Lock()

  • 在访问或修改由互斥锁保护的共享资源之前使用。
  • 在调用 cond.Wait() 之前使用,以确保在等待条件变量时,共享资源不会被其他goroutine并发访问。
  • 在调用 cond.Signal() 或 cond.Broadcast() 之前使用,因为这些操作需要在互斥锁保护的临界区内执行。

mtx.Unlock()

  • 在完成对共享资源的访问或修改后使用。
  • 在 cond.Wait() 返回后使用,因为我们已经完成了等待期间需要的共享资源访问,并且需要重新获取互斥锁以继续执行。
  • 在不再需要互斥锁保护当前goroutine的执行路径时使用,以允许其他等待互斥锁的goroutine继续执行。

注意事项

  • 互斥锁必须在获取后及时释放,否则会导致死锁。
  • 通常,获取互斥锁和释放互斥锁成对出现,以避免忘记释放锁。

永久阻塞

Go 的运行时的当前设计,假定程序员自己负责检测何时终止一个 goroutine 以及何时终止该程序。可以通过调用 os.Exit 或从 main() 函数的返回来以正常方式终止程序。而有时候我们需要的是使程序阻塞在这一行。

使用 sync.WaitGroup 

一直等待直到 WaitGroup 等于 0 

package main

import "sync"

func main() {
	var wg sync.WaitGroup
	wg.Add(1)
	wg.Wait()
}

空 select

 select{}是一个没有任何 case 的 select,它会一直阻塞

package main

func main() {
	select{}
}

 死循环

虽然能阻塞,但会 100%占用一个 cpu。不建议使用

package main

func main() {
	for {}
}

 用 sync.Mutex

一个已经锁了的锁,再锁一次会一直阻塞,这个不建议使用

package main

import "sync"

func main() {
	var m sync.Mutex
	m.Lock()
}

 os.Signal

系统信号量,在 go 里面也是个 channel,在收到特定的消息之前一直阻塞  

package main

import (
	"os"
	"os/signal"
	"syscall"
)

func main() {
	sig := make(chan os.Signal, 2)
	//syscall.SIGTERM 是默认的终止进程信号,通常由服务管理器(如systemd、supervisor等)发送来请求程序正常终止。
	//syscall.SIGINT 是中断信号,一般由用户按下Ctrl+C键触发,用于请求程序中断执行
	signal.Notify(sig, syscall.SIGTERM, syscall.SIGINT)
	<-sig
}

从终端发送信号

  • Ctrl+C: 在大多数Unix-like系统(包括Linux和macOS)以及Windows的命令行中,按 Ctrl+C 键会向当前前台进程发送一个 SIGINT(中断)信号。这通常是停止Go程序的快捷方式。

  • Kill命令: 如果你的程序在后台运行,并且你知道其进程ID(PID),可以通过终端发送一个信号。例如,发送一个 SIGTERM 信号,可以使用:kill PID或者指定型号类型kill -SIGTERM PID

 从Go代码内部发送信号

package main

import (
	"os"
	"os/signal"
	"syscall"
	"time"
)

func main() {
	sig := make(chan os.Signal, 2)
	//syscall.SIGTERM 是默认的终止进程信号,通常由服务管理器(如systemd、supervisor等)发送来请求程序正常终止。
	//syscall.SIGINT 是中断信号,一般由用户按下Ctrl+C键触发,用于请求程序中断执行
	signal.Notify(sig, syscall.SIGTERM, syscall.SIGINT)

	go func() {
		time.Sleep(10 * time.Second)
		sig <- syscall.SIGTERM
	}()

	go func() {
		time.Sleep(5 * time.Second)
		sig <- syscall.SIGINT
	}()

	<-sig
}

使用外部工具或服务管理器

如果你的Go程序作为服务运行,可能由如systemd、supervisord等服务管理器控制,这些管理器通常提供了发送信号给托管服务的机制。具体操作需参考相应服务管理器的文档。

空 channel 或者 nil channel 

channel 会一直阻塞直到收到消息,nil channel 永远阻塞。 

package main

func main() {
	c := make(chan struct{})
	<-c
}
package main

func main() {
	var c chan struct{} //nil channel
	<-c
}

 总结

 注意上面写的的代码大部分不能直接运行,都会 panic,提示“all goroutines are asleep - deadlock!”,因为 go 的 runtime 会检查你所有的 goroutine 都卡住了, 没有一个要执行。

你可以在阻塞代码前面加上一个或多个你自己业务逻辑的 goroutine,这样就不会 deadlock 了。

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