golang 条件变量详解

1：为什么先要锁定条件变量基于的互斥锁，才能调用它的Wait方法？

2：为什么要用for语句来包裹调用其Wait方法的表达式，用if语句不行吗？

这些问题我在面试的时候也经常问。你需要对这个Wait方法的内部机制有所了解才能回答上来。

条件变量的Wait方法主要做了四件事。

1. 把调用它的 goroutine（也就是当前的 goroutine）加入到当前条件变量的通知队列中。
2. 解锁当前的条件变量基于的那个互斥锁。
3. 让当前的 goroutine 处于等待状态，等到通知到来时再决定是否唤醒它。此时，这个 goroutine 就会阻塞在调用这个Wait方法的那行代码上。
4. 如果通知到来并且决定唤醒这个 goroutine，那么就在唤醒它之后重新锁定当前条件变量基于的互斥锁。自此之后，当前的 goroutine 就会继续执行后面的代码了。

问题一解答：因为条件变量的Wait方法在阻塞当前的 goroutine 之前，会解锁它基于的互斥锁，所以在调用该Wait方法之前，我们必须先锁定那个互斥锁，否则在调用这个Wait方法时，就会引发一个不可恢复的 panic。为什么条件变量的Wait方法要这么做呢？你可以想象一下，如果Wait方法在互斥锁已经锁定的情况下，阻塞了当前的 goroutine，那么又由谁来解锁呢？别的 goroutine 吗？先不说这违背了互斥锁的重要使用原则，即：成对的锁定和解锁，就算别的 goroutine 可以来解锁，那万一解锁重复了怎么办？由此引发的 panic 可是无法恢复的。如果当前的 goroutine 无法解锁，别的 goroutine 也都不来解锁，那么又由谁来进入临界区，并改变共享资源的状态呢？只要共享资源的状态不变，即使当前的 goroutine 因收到通知而被唤醒，也依然会再次执行这个Wait方法，并再次被阻塞。所以说，如果条件变量的Wait方法不先解锁互斥锁的话，那么就只会造成两种后果：不是当前的程序因 panic 而崩溃，就是相关的 goroutine 全面阻塞。

问题二解答：这主要是为了保险起见。如果一个 goroutine 因收到通知而被唤醒，但却发现共享资源的状态，依然不符合它的要求，那么就应该再次调用条件变量的Wait方法，并继续等待下次通知的到来。

1. 有多个 goroutine 在等待共享资源的同一种状态。比如，它们都在等mailbox变量的值不为0的时候再把它的值变为0，这就相当于有多个人在等着我向信箱里放置情报。虽然等待的 goroutine 有多个，但每次成功的 goroutine 却只可能有一个。别忘了，条件变量的Wait方法会在当前的 goroutine 醒来后先重新锁定那个互斥锁。在成功的 goroutine 最终解锁互斥锁之后，其他的 goroutine 会先后进入临界区，但它们会发现共享资源的状态依然不是它们想要的。这个时候，for循环就很有必要了。
2. 共享资源可能有的状态不是两个，而是更多。比如，mailbox变量的可能值不只有0和1，还有2、3、4。这种情况下，由于状态在每次改变后的结果只可能有一个，所以，在设计合理的前提下，单一的结果一定不可能满足所有 goroutine 的条件。那些未被满足的 goroutine 显然还需要继续等待和检查。
3. 有一种可能，共享资源的状态只有两个，并且每种状态都只有一个 goroutine 在关注，就像我们在主问题当中实现的那个例子那样。不过，即使是这样，使用for语句仍然是有必要的。原因是，在一些多 CPU 核心的计算机系统中，即使没有收到条件变量的通知，调用其Wait方法的 goroutine 也是有可能被唤醒的。这是由计算机硬件层面决定的，即使是操作系统（比如 Linux）本身提供的条件变量也会如此

来看下signal()代码示列

type User struct { //模拟用户
    mail *Mail
}

type Mail struct { //模拟邮箱
    mail bool
    sendCond *sync.Cond
    recvCond *sync.Cond
    lock sync.RWMutex
    sendName string
    recvName string
}

func  NewMail() *Mail {
    m := Mail{}
    m.sendCond = sync.NewCond(&m.lock)
    m.recvCond = sync.NewCond(m.lock.RLocker())
    return &m
}

func (m *Mail) SendMail() {
    m.lock.Lock()
    time.Sleep(time.Minute)
    if m.mail{
        m.sendCond.Wait()
        fmt.Println("已经有邮件了等待接收")
    }
    m.mail = true
    fmt.Println("发送了一封邮件给:",m.recvName)
    m.lock.Unlock()
    m.recvCond.Signal() //向接收者发送消息
}

func (m *Mail) RecvMail() {
    m.lock.RLock()
    if !m.mail{
        fmt.Println("没有邮件，等待邮箱发送邮件")
        m.recvCond.Wait()

    }
    m.mail  = false
    fmt.Printf("%s收到一封%s发送的邮件\n",m.recvName,m.sendName)
    m.lock.RUnlock()
    m.sendCond.Signal()
}


func main()  {
    mail := NewMail()
    lock := make(chan struct{},2)
    use1 := User{}
    use1.mail = mail
    use1.mail.sendName = "jacky"
    use2 := User{}
    use2.mail = mail
    use2.mail.recvName = "rose"

    //send mail
    go func() {
        defer func() {
            lock <- struct{}{}
        }()

        for{
            use1.mail.SendMail()
            time.Sleep(time.Second)
        }
    }()

    go func() {
        defer func() {
            lock <- struct{}{}
        }()
        for{
            use2.mail.RecvMail()
            time.Sleep(time.Second)
        }
    }()

    <-lock
    <-lock
}

我们再看下条件变量的Broadcast()通知方法示列

func main() {
    // mailbox 代表信箱。
    // 0代表信箱是空的，1代表信箱是满的。
    var mailbox uint8
    // lock 代表信箱上的锁。
    var lock sync.Mutex
    // sendCond 代表专用于发信的条件变量。
    sendCond := sync.NewCond(&lock)
    // recvCond 代表专用于收信的条件变量。
    recvCond := sync.NewCond(&lock)

    // send 代表用于发信的函数。
    send := func(id, index int) {
        lock.Lock()
        for mailbox == 1 {
            sendCond.Wait()
        }
        log.Printf("发送邮件用户%d:准备发送邮件...",index)
        mailbox = 1
        log.Printf("发送邮件用户%d:发送了一份邮件...",index)
        lock.Unlock()
        recvCond.Broadcast()
    }

    // recv 代表用于收信的函数。
    recv := func(id, index int) {
        lock.Lock()
        for mailbox == 0 {
            recvCond.Wait()
        }
        log.Printf("用户%d收到邮件:发现有份邮件待接收...",index)
        mailbox = 0
        log.Printf("用户%d收到邮件:收到一份邮件...",index)
        lock.Unlock()
        sendCond.Signal() // 确定只会有一个发信的goroutine。
    }

    // sign 用于传递演示完成的信号。
    sign := make(chan struct{}, 3)
    max := 6
    go func(id, max int) { // 用于发信。
        defer func() {
            sign <- struct{}{}
        }()
        for i := 1; i <= max; i++ {
            time.Sleep(time.Millisecond * 500)
            send(id, i)
        }
    }(0, max)
    go func(id, max int) { // 用于收信。
        defer func() {
            sign <- struct{}{}
        }()
        for j := 1; j <= max; j++ {
            time.Sleep(time.Millisecond * 200)
            recv(id, j)
        }
    }(1, max/2)
    go func(id, max int) { // 用于收信。
        defer func() {
            sign <- struct{}{}
        }()
        for k := 1; k <= max; k++ {
            time.Sleep(time.Millisecond * 200)
            recv(id, k)
        }
    }(2, max/2)

    <-sign
    <-sign
    <-sign
}