Golang标准库sync的使用

Go语言作为现代编程语言，其并发编程的优势是有目共睹的。在实际编程中，我们常常需要保证多个goroutine之间的同步，这就需要使用到Go语言的sync标准库。sync库提供了基本的同步原语，例如互斥锁（Mutex）和等待组（WaitGroup），这些都是协调和控制并发执行的重要工具。

基础应用

1. 使用Mutex实现互斥

在很多情况下，我们需要保证在任意时刻只有一个goroutine能够访问某个数据。这时我们就可以使用Mutex（互斥锁）来实现这个需求。Mutex有两个方法：Lock和Unlock。在Lock和Unlock之间的代码块，同一时刻只有一个goroutine可以执行，其他尝试执行这部分代码的goroutine会被阻塞直到锁被解开。以下面的例子为例，我们试图在多个goroutine中对一个全局变量完成加法操作：

package mainimport ("fmt""sync"
)var (sum intmu  sync.Mutex
)func worker() {for i := 0; i < 10; i++ {mu.Lock()sum = sum + 1mu.Unlock()}
}func main() {var wg sync.WaitGroupfor i := 0; i < 10000; i++ {wg.Add(1)go func() {defer wg.Done()worker()}()}wg.Wait()fmt.Println(sum)
}

2. 使用WaitGroup等待并发操作结束

在另外一种常见的应用场景中，我们需要开启一组goroutine去处理任务，而主goroutine需要等待这些任务完成后才能结束。这可以通过sync.WaitGroup来实现。WaitGroup有三个方法：Add增加计数，Done减少计数，Wait等待计数归零。

package mainimport ("fmt""sync""time"
)func worker(id int, wg *sync.WaitGroup) {defer wg.Done()fmt.Printf("Worker %d starting\n", id)time.Sleep(time.Second)fmt.Printf("Worker %d done\n", id)
}func main() {var wg sync.WaitGroupfor i := 1; i <= 5; i++ {wg.Add(1)go worker(i, &wg)}wg.Wait()
}

以上的代码中，我们创建了5个worker goroutine，main goroutine 会等待所有的worker都完成工作后才会退出。

进阶应用

以下是一些稍微复杂一些的sync库的使用例子。

全局单例

使用sync.Once来保证某个操作只执行一次。这在初始化全局变量或者单例模式中非常有用。

 package mainimport ("fmt""sync")var once sync.Oncefunc setup() {fmt.Println("Init function")}func worker(wg *sync.WaitGroup, n int) {once.Do(setup)fmt.Println("Worker", n)wg.Done()}func main() {var wg sync.WaitGroupfor i := 0; i < 10; i++ {wg.Add(1)go worker(&wg, i)}wg.Wait()}

在以上代码中，我们保证了setup函数只被执行了一次，即使有10个goroutine都尝试去执行setup函数。

条件变量

使用sync.Cond来实现条件变量，这可以使得一个或者多个goroutine等待或者通知事件。

 package mainimport ("fmt""sync""time")// Button 定义一个按钮结构体type Button struct {Clicked *sync.Cond}// 模拟一个用户界面func simulate(button *Button) {time.Sleep(time.Second)// 用户点击buttonbutton.Clicked.Broadcast()}func main() {// 初始化Buttonbutton := Button{Clicked: sync.NewCond(&sync.Mutex{})}// 显示信息的goroutinefor i := 0; i < 10; i++ {go func(i int) {// 等待button被点击button.Clicked.L.Lock()defer button.Clicked.L.Unlock()button.Clicked.Wait()// button被点击，显示一条信息fmt.Println("button clicked,", i)}(i)}// 模拟用户点击buttongo simulate(&button)time.Sleep(2 * time.Second)}