互斥锁

对于任一共享资源，同一时间保证只有一个操作者，这种方法称为 互斥机制。

关键字 Mutex 表示互斥锁类型，它的 Lock 方法用于获取锁，Unlock 方法用于释放锁。在 Lock 和 Unlock 之间的代码，可以读取和修改共享资源，这部分区域称为 临界区。

错误的并发操作

先来看一个错误的示例。

在 Map 小节中讲到， Map 不是并发安全的， 也就是说，如果在多个线程中，同时对一个 Map 进行读写，会报错。现在来验证一下， 通过启动 100 个 goroutine 来模拟并发调用，每个 goroutine 都对 Map 的 key 进行设置。

package main

import "sync"

func main() {
    m := make(map[int]bool)

    var wg sync.WaitGroup

    for j := 0; j < 100; j++ {
        wg.Add(1)

        go func(key int) {
            defer func() {
                wg.Done()
            }()

            m[key] = true // 对 Map 进行并发写入
        }(j)
    }

    wg.Wait()
}

// $ go run main.go
// 输出如下，报错信息
/**
  fatal error: concurrent map writes
  fatal error: concurrent map writes

  goroutine 104 [running]:
  main.main.func1(0x0?)
          /home/codes/Go-examples-for-beginners/main.go:18 +0x66
  created by main.main
          /home/codes/Go-examples-for-beginners/main.go:13 +0x45

  goroutine 1 [semacquire]:
  sync.runtime_Semacquire(0xc0000112c0?)
          /usr/local/go/src/runtime/sema.go:62 +0x25
  sync.(*WaitGroup).Wait(0x60?)
          /usr/local/go/src/sync/waitgroup.go:139 +0x52
  main.main()
          /home/codes/Go-examples-for-beginners/main.go:22 +0x105

  ...
  ...
  ...
*/

通过输出信息 fatal error: concurrent map writes 可以看到，并发写入 Map 确实会报错。

正确的并发操作

Map 并发写入如何正确地实现呢？

一种简单的方案是在并发临界区域 (也就是设置 Map key 的地方) 进行加互斥锁操作， 互斥锁保证了同一时刻 只有一个 goroutine 获得锁，其他 goroutine 全部处于等待状态，这样就把并发写入变成了串行写入， 从而消除了报错问题。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var mu sync.Mutex
    m := make(map[int]bool)

    var wg sync.WaitGroup

    for j := 0; j < 100; j++ {
        wg.Add(1)

        go func(key int) {
            defer func() {
                wg.Done()
            }()

            mu.Lock()     // 写入前加锁
            m[key] = true // 对 Map 进行并发写入
            mu.Unlock()   // 写入完成解锁
        }(j)
    }

    wg.Wait()

    fmt.Printf("Map size = %d\n", len(m))
}

// $ go run main.go
// 输出如下
/**
  Map size = 100
*/

超时控制

利用 channel (通道) 和 time.After() 方法实现超时控制。

例子

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    ch := make(chan bool)

    go func() {
        defer func() {
            ch <- true
        }()

        time.Sleep(2 * time.Second) // 模拟超时操作
    }()

    select {
    case <-ch:
        fmt.Println("ok")
    case <-time.After(time.Second):
        fmt.Println("timeout!")
    }
}

// $ go run main.go
// 输出如下
/**
  timeout!
*/

定时器

调用 time.NewTicker 方法即可。

例子

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    ticker := time.NewTicker(time.Second)
    defer ticker.Stop()

    done := make(chan bool)
    go func() {
        time.Sleep(5 * time.Second) // 模拟耗时操作
        done <- true
    }()

    for {
        select {
        case <-done:
            fmt.Println("Done!")
            return
        case <-ticker.C:
            fmt.Println(time.Now().Format("2006-01-02 15:04:05"))
        }
    }
}

// $ go run main.go
// 输出如下，你的输出可能和这里的不一样
/**
  2021-01-03 15:40:21
  2021-01-03 15:40:22
  2021-01-03 15:40:23
  2021-01-03 15:40:24
  2021-01-03 15:40:25
  Done!
*/

扩展阅读

1. 1. 互斥锁 - 维基百科 (https://zh.wikipedia.org/wiki/互斥锁)

2. 2. 临界区 - 百度百科 (https://baike.baidu.com/item/临界区/8942134)

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