内容简介:过去 Web 开发的工作比较少涉及到并发的问题,每个用户请求在独立的线程里面进行,偶尔涉及到异步任务但是线程间数据同步模型非常简单,因此并未深入探究过并发这一块。最近在写游戏相关的服务端代码时发现数据的并发同步场景非常多,因此花了一点时间来探索。这是一个系列文章,本文为第二篇。本文通过一个例子来引出 Golang 中的数据并发同步问题,并通过使用下面的代码模拟了为一个用户(
写在前面
过去 Web 开发的工作比较少涉及到并发的问题,每个用户请求在独立的线程里面进行,偶尔涉及到异步任务但是线程间数据同步模型非常简单,因此并未深入探究过并发这一块。最近在写游戏相关的服务端代码时发现数据的并发同步场景非常多,因此花了一点时间来探索。这是一个系列文章,本文为第二篇。
本文通过一个例子来引出 Golang 中的数据并发同步问题,并通过使用 atomic
包的方式来避免数据竞争问题。
原子性及 Go 中 atomic 包的使用
再提非常原始的数据竞争问题
下面的代码模拟了为一个用户( Person
)发放金币( Money
)的代码,其中金币发放与读取分别再不同的线程里完成(读取在主线程,发放在一个子线程)。
// cat main.go package main import ( "fmt" ) type Person struct { Money int } func main() { p := Person{Money: 100} go func() { p.Money += 1000 }() p.Money += 1000 fmt.Printf("Money: %d\n", p.Money) }
go run
时使用 -race
标志运行上面的代码可以发现数据竞争提醒:
# 添加 -race 后检测竞争状态,可以看到 race 的提醒 go run -race main.go # Money: 1100 # ================== # WARNING: DATA RACE # Write at 0x00c00001c0a0 by goroutine 6: # Previous read at 0x00c00001c0a0 by main goroutine
根据《 谈谈go语言编程的并发安全
》 和 《 benign-data-races-what-could-possibly-go-wrong
》的讨论,上面的代码无法保证 fmt.Printf("Money: %d\n", p.Money)
这一句会输出什么,同时存在严重的问题(高并发下可能出现严重问题导致代码崩溃),因此有必要通过一定的措施避免这种不确定性。
原子性概念及其实现原理
原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作;原子操作一旦开始,就一直运行到结束,中间不会有任何 context switch(上下文切换,从当前线程切换到另一个线程)。(from 百度百科)
对于编程语言中变量的修改,可以认为原子操作需满足下面的条件:① 变量的读写过程不可中断(不可以读到一半做其他事情,也不可写到一半做其他事情),② 变量的读写过程不可同时进行(不可以写变量的同时读取变量,防止读取到仅更新了一半的变量值;也不可以写变量的同时另一个线程也在写这个变量,防止其中一个更新无效)。
根据 Golang 官方 内存模型
文档中的描述 Programs that modify data being simultaneously accessed by multiple goroutines must serialize such access.
以及 atomic
包的存在,可以认为 Golang 对同一块内存的并发读写访问 并不是原子性
的。简而言之,Golang 中对一个变量进行更新时,另一个线程可以并发地读这个变量的值,而读取到的值是内存不确定的(即不一定读到什么东西)。
使用 atomic 包来避免数据竞争
上篇文章《 浅谈 Golang 中数据的并发同步问题(一)
》采用 添加读写锁
的方式避免了数据竞争。对于 用户
-> 金币
这种模型(金币是一个数值而非其他的复杂类型),其实也可以采用 atomic
包来避免数据竞争问题。
下面的代码引入了 atomic
的使用,由于其仅支持 int32
和 int64
这种显式定义字节长度的类型,因此代码中把 Money
修改为了 int64
类型。
package main import ( "fmt" "sync/atomic" ) type Person struct { Money int64 } func main() { p := Person{Money: 100} go func() { atomic.AddInt64(&p.Money, 1000) }() atomic.AddInt64(&p.Money, 1000) fmt.Printf("Money: %d\n", atomic.LoadInt64(&p.Money)) }
go run -race main.go
运行上面的代码可以发现数据竞争的提醒消失了:
# 添加 -race 后检测竞争状态,可以看到 race 的提醒 go run -race main.go # Money: 1100
小结
atomic
包主要局限在 数值类型
的赋值、修改、读取、交换等操作,不可以处理像 struct
、 map
这种高级类型,因此 atomic
的使用具有比较大的局限性。
就像文档中描述的: These functions (of atomics) require great care to be used correctly. Except for special, low-level applications, synchronization is better done with channels or the facilities of the sync package. Share memory by communicating; don't communicate by sharing memory.
除非知道自己在做什么,否则更推荐使用 channel
(通道) 和 sync
(锁)的方式处理数据同步问题。
参考
- 浅谈 Golang 中数据的并发同步问题(一) 系列文章的第一篇
- 原子操作_百度百科 词条,理解什么是原子操作
- 原子操作的实现原理及CAS分析 - 简书 词条
- The Go Memory Model - The Go Programming Language Golang 官方内存模型的文档
- atomic - The Go Programming Language Golang 中 atomic 包官方文档
以上所述就是小编给大家介绍的《浅谈 Golang 中数据的并发同步问题(二)》,希望对大家有所帮助,如果大家有任何疑问请给我留言,小编会及时回复大家的。在此也非常感谢大家对 码农网 的支持!
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