go-WaitGroup实现
WaitGroup解决的是并发-等待问题:有一个goroutine A在检查点等待一组goroutine 的完成,
如果任务组还没有全部完成,则goroutine A阻塞在检查点,知道任务组goroutine全部完成。
很多操作系统提供了类似的原语,如Linux的Barrier、Pthread(POSIX 线程)中的 barrier、C++ 中的 std::barrier、Java 中的 CyclicBarrier 和 CountDownLatch 等。
基本用法
func (wg *WaitGroup) Add(delta int)
func (wg *WaitGroup) Done()
func (wg *WaitGroup) Wait()
type WaitGroup struct {
// 避免复制使用的一个技巧,可以告诉vet工具违反了复制使用的规则
noCopy noCopy
// 64bit(8bytes)的值分成两段,高32bit是计数值,低32bit是waiter的计数
// 另外32bit是用作信号量的
// 因为64bit值的原子操作需要64bit对齐,但是32bit编译器不支持,所以数组中的元素在不同的架构中不一样,具体处理看下面的方法
// 总之,会找到对齐的那64bit作为state,其余的32bit做信号量
state1 [3]uint32
}
// 得到state的地址和信号量的地址
func (wg *WaitGroup) state() (statep *uint64, semap *uint32) {
if uintptr(unsafe.Pointer(&wg.state1))dd%8 == 0 {
// 如果地址是64bit对齐的,数组前两个元素做state,后一个元素做信号量
return (*uint64)(unsafe.Pointer(&wg.state1)), &wg.state1[2]
} else {
// 如果地址是32bit对齐的,数组后两个元素用来做state,它可以用来做64bit的原子操作,第一个元素32bit用来做信号量
return (*uint64)(unsafe.Pointer(&wg.state1[1])), &wg.state1[0]
}
}
func (wg *WaitGroup) Add(delta int) {
statep, semap := wg.state()
// 高32bit是计数值v,所以把delta左移32,增加到计数上
state := atomic.AddUint64(statep, uint64(delta)<<32)
v := int32(state >> 32) // 当前计数值, 取高32位
w := uint32(state) // waiter count , 取低32位
if v > 0 || w == 0 {
return
}
// 如果计数值v为0并且waiter的数量w不为0,那么state的值就是waiter的数量
// 将waiter的数量设置为0,因为计数值v也是0,所以它们俩的组合*statep直接设置为0即可。此时需要并唤醒所有的waiter
*statep = 0
for ; w != 0; w-- {
runtime_Semrelease(semap, false, 0)
}
}
// Done方法实际就是计数器减1
func (wg *WaitGroup) Done() {
wg.Add(-1)
}
func (wg *WaitGroup) Wait() {
statep, semap := wg.state()
for {
state := atomic.LoadUint64(statep)
v := int32(state >> 32) // 当前计数值
w := uint32(state) // waiter的数量
if v == 0 {
// 如果计数值为0, 调用这个方法的goroutine不必再等待,继续执行它后面的逻辑即可
return
}
// 否则把waiter数量加1。期间可能有并发调用Wait的情况,所以最外层使用了一个for循环
if atomic.CompareAndSwapUint64(statep, state, state+1) {
// 阻塞休眠等待
runtime_Semacquire(semap)
// 被唤醒,不再阻塞,返回
return
}
}
}
使用 WaitGroup 时的常见错误
计数时设置为负数
有两种情况会导致计数器设置为负数:
- 调用 Add 的时候传递一个负数
- 调用 Done 方法的次数过多,超过了 WaitGroup 的计数值。
不期望的 Add 时机
在使用 WaitGroup 的时候,你一定要遵循的原则就是,等所有的 Add 方法调用之后再调用 Wait,否则就可能导致 panic 或者不期望的结果。
一般可以提前设置add值,或者在启动go routine前设置值,总之要保证Add 方法调用之后再调用 Wait。
func main() {
var wg sync.WaitGroup
wg.Add(4) // 预先设定WaitGroup的计数值
go dosomething(100, &wg) // 启动第一个goroutine
go dosomething(110, &wg) // 启动第二个goroutine
go dosomething(120, &wg) // 启动第三个goroutine
go dosomething(130, &wg) // 启动第四个goroutine
wg.Wait() // 主goroutine等待
fmt.Println("Done")
}
func dosomething(millisecs time.Duration, wg *sync.WaitGroup) {
duration := millisecs * time.Millisecond
time.Sleep(duration)
fmt.Println("后台执行, duration:", duration)
wg.Done()
}
func main() {
var wg sync.WaitGroup
dosomething(100, &wg) // 调用方法,把计数值加1,并启动任务goroutine
dosomething(110, &wg) // 调用方法,把计数值加1,并启动任务goroutine
dosomething(120, &wg) // 调用方法,把计数值加1,并启动任务goroutine
dosomething(130, &wg) // 调用方法,把计数值加1,并启动任务goroutine
wg.Wait() // 主goroutine等待,代码逻辑保证了四次Add(1)都已经执行完了
fmt.Println("Done")
}
func dosomething(millisecs time.Duration, wg *sync.WaitGroup) {
wg.Add(1) // 计数值加1,再启动goroutine
go func() {
duration := millisecs * time.Millisecond
time.Sleep(duration)
fmt.Println("后台执行, duration:", duration)
wg.Done()
}()
}
常见问题三:前一个 Wait 还没结束就重用 WaitGroup
总结
学完这一讲,我们知道了使用 WaitGroup 容易犯的错,是不是有些手脚被束缚的感觉呢?其实大可不必,只要我们不是特别复杂地使用 WaitGroup,就不用有啥心理负担。而关于如何避免错误使用 WaitGroup 的情况,我们只需要尽量保证下面 5 点就可以了:
- 不重用 WaitGroup。新建一个 WaitGroup 不会带来多大的资源开销,重用反而更容易出错。
- 保证所有的 Add 方法调用都在 Wait 之前。
- 不传递负数给 Add 方法,只通过 Done 来给计数值减 1。
- 不做多余的 Done 方法调用,保证 Add 的计数值和 Done 方法调用的数量是一样的。
- 不遗漏 Done 方法的调用,否则会导致 Wait hang 住无法返回。
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