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标题: go语言中如何实现同步操作呢 [打印本页]

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作者: 莱莱    时间: 2023-5-27 16:59
标题: go语言中如何实现同步操作呢
1. 简介

本文探讨了并发编程中的同步操作，讲述了为何需要同步以及两种常见的实现方式：sync.Cond和通道。通过比较它们的适用场景，读者可以更好地了解何时选择使用不同的同步方式。本文旨在帮助读者理解同步操作的重要性以及选择合适的同步机制来确保多个协程之间的正确协调和数据共享的一致性。
2. 为什么需要同步操作

2.1 为什么需要同步操作

这里举一个简单的图像处理场景来说明。任务A负责加载图像，任务B负责对已加载的图像进行处理。这两个任务将在两个并发协程中同时启动，实现并行执行。然而，这两个任务之间存在一种依赖关系：只有当图像加载完成后，任务B才能安全地执行图像处理操作。
在这种情况下，我们需要对这两个任务进行协调和同步。任务B需要确保在处理已加载的图像之前，任务A已经完成了图像加载操作。通过使用适当的同步机制来确保任务B在图像准备就绪后再进行处理，从而避免数据不一致性和并发访问错误的问题。
事实上，在我们的开发过程中，经常会遇到这种需要同步的场景，所以了解同步操作的实现方式是必不可少的，下面我们来仔细介绍。
2.2 如何实现同步操作呢

通过上面的例子，我们知道当多协程任务存在依赖关系时，同步操作是必不可免的，那如何实现同步操作呢?这里的一个简单想法，便是采用一个简单的条件变量，不断采用轮询的方式来检查事件是否已经发生或条件是否满足，此时便可实现简单的同步操作。代码示例如下:

1. package main
3. import (
4.         "fmt"
5.         "time"
6. )
8. var condition bool
10. func waitForCondition() {
11.        for !condition {
12.              // 轮询条件是否满足
13.              time.Sleep(time.Millisecond * 100)
14.        }
15.        fmt.Println("Condition is satisfied")
16. }
18. func main() {
19.         go waitForCondition()
21.         time.Sleep(time.Second)
22.         condition = true // 修改条件
24.         time.Sleep(time.Second)
25. }

复制代码

在上述代码中，waitForCondition 函数通过轮询方式检查条件是否满足。当条件满足时，才继续执行下去。
但是这种轮训的方式其实存在一些缺点，首先是资源浪费，轮询会消耗大量的 CPU 资源，因为协程需要不断地执行循环来检查条件。这会导致 CPU 使用率升高，浪费系统资源，其次是延迟，轮询方式无法及时响应条件的变化。如果条件在循环的某个时间点满足，但轮询检查的时机未到，则会延迟对条件的响应。最后轮询方式可能导致协程的执行效率降低。因为协程需要在循环中不断检查条件，无法进行其他有意义的工作。
既然通过轮训一个条件变量来实现同步操作存在这些问题。那go语言中，是否存在更好的实现方式，可以避免轮询方式带来的问题，提供更高效、及时响应的同步机制。其实是有的，sync.Cond 和channel便是两个可以实现同步操作的原语。
3.实现方式

3.1 sync.Cond实现同步操作

使用sync.Cond实现同步操作的方法，可以参考sync.Cond 这篇文章，也可以按照可以按照以下步骤进行：

• 创建一个条件变量：使用sync.NewCond函数创建一个sync.Cond类型的条件变量，并传入一个互斥锁作为参数。
  
• 在等待条件满足的代码块中使用Wait方法：在需要等待条件满足的代码块中，调用条件变量的Wait方法，这会使当前协程进入等待状态，并释放之前获取的互斥锁。
  
• 在满足条件的代码块中使用Signal或Broadcast方法：在满足条件的代码块中，可以使用Signal方法来唤醒一个等待的协程，或者使用Broadcast方法来唤醒所有等待的协程。
  

下面是一个简单的例子，演示如何使用sync.Cond实现同步操作:

1. package main
3. import (
4.         "fmt"
5.         "sync"
6.         "time"
7. )
9. func main() {
10.         var cond = sync.NewCond(&sync.Mutex{})
11.         var ready bool
13.         // 等待条件满足的协程
14.         go func() {
15.                 fmt.Println("等待条件满足...")
16.                 cond.L.Lock()
17.                 for !ready {
18.                         cond.Wait()
19.                 }
20.                 fmt.Println("条件已满足")
21.                 cond.L.Unlock()
22.         }()
24.         // 模拟一段耗时的操作
25.         time.Sleep(time.Second)
27.         // 改变条件并通知等待的协程
28.         cond.L.Lock()
29.         ready = true
30.         cond.Signal()
31.         cond.L.Unlock()
33.         // 等待一段时间，以便观察结果
34.         time.Sleep(time.Second)
35. }

复制代码

在上面的例子中，我们创建了一个条件变量cond，并定义了一个布尔型变量ready作为条件。在等待条件满足的协程中，通过调用Wait方法等待条件的满足。在主协程中，通过改变条件并调用Signal方法来通知等待的协程条件已满足。在等待协程被唤醒后，输出"条件已满足"的消息。
通过使用sync.Cond，我们实现了一个简单的同步操作，确保等待的协程在条件满足时才会继续执行。这样可以避免了不必要的轮询和资源浪费，提高了程序的效率。
3.2 channel实现同步操作

当使用通道（channel）实现同步操作时，可以利用通道的阻塞特性来实现协程之间的同步。下面是一个简单的例子，演示如何使用通道实现同步操作：
[code]package mainimport (        "fmt"        "time")func main() {        // 创建一个用于同步的通道        done := make(chan bool)        // 在协程中执行需要同步的操作        go func() {                fmt.Println("执行一些操作...")                time.Sleep(time.Second)                fmt.Println("操作完成")                // 向通道发送信号，表示操作已完成                done

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