【Go】并发编程

　　Go语言宣扬用通讯的方式共享数据。

　　Go语言以独特的并发编程模型傲视群雄，与并发编程关系最紧密的代码包就是sync包，意思是同步。同步的用途有两个，一个是避免多个线程在同一时刻操作同一个数据块，另一个是协调多个线程，以避免它们在同一时刻执行同一块代码。由于这一的数据库和代码块的背后都隐含着一种或多种资源，所以可以把它们看成是共享资源，同步就是控制多个线程对共享资源的访问。

　　一个线程在想要访问某一个共享资源时，需要先申请对该资源的访问权限，并且只有在申请成功之后，访问才能真正开始，而当线程对共享资源的访问结束时，它还必须归还对该资源的访问权限，若要再次访问仍需申请。多个并发运行的线程对一个共享资源的访问是完全串行的。

　　在Go语言中，最常用的同步工具当属互斥量（mutex)。sync包中的Mutex就是与其对应的类型，该类型的值可以被称为互斥量或互斥锁。一个互斥锁可以被用来保护一个临界区或者一组临界区，可以通过它来保证，在同一时刻只有一个goroutin处于该临界区之内。每当有goroutine想进入临界区时，都需要先对它进行锁定，并且每个goroutine离开临界区时，都要及时对它进行解锁。锁定操作可以通过调用互斥锁的Lock方法实现，解锁操作可以调用互斥锁的Unlock方法

mu.Lock()
_, err := writer.Write([]byte(data))
if err != nil {
 log.Printf("error: %s [%d]", err, id)
}
mu.Unlock()

使用互斥锁的注意事项有：

1.不要重复锁定互斥锁

　　对一个已经被锁定的互斥锁进行锁定，会立即阻塞当前的goroutine

　　当Go语言运行时系统发现所有的用户级goroutine都处于等待状态（死锁），就会自行抛出一个带有如下信息的panic：

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

　　这种由Go语言运行时系统自行抛出的panic属于致命错误，都是无法被恢复的，调用recover函数对它们起不到任何作用，即一旦产生死锁，程序必然奔溃+

　　避免这种情况的发生，最简单有效的方式就是让每一个互斥锁都只保护一个临界区

2.不要忘记解锁互斥锁，必要时使用defer语句

　　忘记解锁会使其他goroutine无法进入到该互斥锁保护的临界区，这轻则会导致一些程序功能的失效，重则会造成死锁和程序奔溃。

3.不要对尚未锁定或者已解锁的互斥锁解锁

　　解锁为锁定的锁会立即引发panic，应该总是抱着，对每一个锁定操作，都要有且只有一个对应的解锁操作。

4.不要在多个函数之间直接传递互斥锁

　　Go语言中的互斥锁是开箱即用的，一旦声明了一个sync。Mutex类型的变量，就可以直接使用它。但该类型是一个结构体类型，属于值类型的一种，把它传给一个函数、将它从函数中返回、把它赋值给其他变量、让它进入某个通道都会导致它的副本的产生。并且原值和它的副本，以及多个副本之间都是完全独立的，它们都是不同的互斥锁。如果把一个互斥锁作为参数值传给了一个函数，那么在这个函数中对传入的锁的所有操作，都不会对存在于该函数之外的那个原锁产生任何影响。

读写锁和互斥锁有哪些异同？

　　读写锁是读/写互斥锁的简称。在Go语言中，读写锁由sync.RWMutex类型的值代表，也是开箱即用的。读写锁把对共享资源的读操作和写操作区别对待了，它可以对这两种操作施加不同程度的保护。

　　一个读写锁实际上包含了两个锁，即：读锁和写锁。sync.RWMutex类型中的Lock方法和Unlock方法分别用于对写锁进行锁定和解锁，而它的RLock方法和RUnlock方法则分别用于对读锁进行锁定和解锁

　　另外，对于同一个读写锁来说有如下规则：

• 在写锁已被锁定的情况下再试图锁定写锁，会阻塞当前的goroutine
• 在写锁已被锁定的情况试图锁定读锁，会阻塞当前goroutine
• 在读锁已被锁定的情况下锁定写锁，会阻塞当前goroutine
• 在读锁已被锁定的情况下再试图锁定读锁，不会阻塞当前的goroutine

条件变量（conditional variable）

　　条件变量并不是被用来保护临界区和共享资源的，它是用于协调想要访问共享资源的那些线程的。当共享资源的状态发生变化时，它可以被用来通知被互斥锁阻塞的线程。

　　条件变量提供三个方法：等待通知（wait）、单发通知（signal）和广播通知（broadcast）。在等待通知的时候需要在条件变量基于的那个互斥锁的保护下进行。在进行单发或者广播通知时，需要在对应互斥锁解锁之后做这两种操作。

　　举个栗子，两个人在执行秘密任务，需要在不直接联系和见面的前提下进行，一个人需要向信箱里放置情报，另一个人需要从信箱里获取情报，这个信箱就如同一个共享资源。

var mailbox uint8   // 信箱，值为0表示情报，值为1表示有情报
var lock sync.RWMutex  // 读写锁
//sync.Cond类型不是开箱即用，需要利用sync.NewCond来创建。
sendCond := sync.NewCond(&lock)  //*sync.Cond类型
recvCond := sync.NewCond(lock.RLocker()) //*sync.Cond类型

　　条件变量是基于互斥锁的，因此这里的sync.Locker类型的参数值不可或缺。

　　sync.Locker是一个接口，在它声明中只包含两个方法的定义，Lock()和UnLock。sync.Mutex和sync.RWMutex类型都拥有Lock方法和Unlock方法，只不过它们都是指针方法。因此这两个类型的指针类型才算sync.Locker接口的实现类型。

　　这里在为sendCond做初始化时，把基于lock变量的指针值传给了sync.NewCond函数。因为lock变量的Lock方法和Unlock方法分别用于对写锁的锁定和解锁，它们与sendCond变量的含义是对应的。sendCond变量是专门为放置情报而准备的条件变量，向信箱中放置情报。

　　recvCond变量代表的是专门为获取情报而准备的条件变量。与sendCond不同，lock变量中用于对读锁进行锁定和解锁的方法是RLock和RUnlock，它们与sync.Locker接口中定义的方法并不匹配。需要调用sync.RWMutex类型的RLocker方法实现这一需求。lock.RLocker()得来的值所拥有的Lock方法和UnLock方法，在其内部会分别调用lock变量的RLock和RUnlock方法，即前两个方法仅仅是后两个方法的代理。

　　定义好了变量，那放置情报并通知另外一个人应该怎么做呢

lock.Lock()  // 持有信箱上的锁，写操作
for mailbox ==  {
 sendCond.Wait()   //如果有情报，就等待
}
mailbox =    //放入情报
lock.Unlock()  //写完
recvCond.Signal()

　　获取情报

lock.RLock()  // 读操作
for mailbox ==  {
 recvCond.Wait()  //没有情报
}
mailbox =   //取走情报
lock.RUnlock()  //读完
sendCond.Signal()

条件变量的Wait方法做了什么？

1、把调用它的goroutine（当前的goroutine）加入到当前条件变量的通知队列中

2、解锁当前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，这时这个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。自此以后，当前的goroutine就会继续执行后面的代码

　　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？

　　那因为条件变量的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，必须先锁定那个互斥锁，否则在调用这个Wait方法时，会引发一个不可恢复的panic

　　为什么要用for语句包裹调用其Wait方法的表达式，用if语句不行吗?

　　显然，if语句只会对共享资源的状态检查一次，for语句可以做多次检查，直到这个状态改变为止。

　　那为什么要做多次检查呢？

　　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。

　　那什么时候会出现上述的情况呢？

　　1）有多个goroutine在等待共享资源的同一种状态。虽然等待的goroutine很多，但每次成功的goroutine却可能只有一个。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状态依然不是它们想要的。

　　2）共享资源状态可能有的状态不是两个，如mailbox变量可能值不只有0和1，还有2，3，4。但每次改变后的结果只可能有一个，所以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需要继续等待。

　　3）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。这是硬件层面决定的。

条件变量的Signal方法和Broadcast方法有何异同？

　　条件变量的Signal方法和Broadcast方法都是用来发送通知的，不同的是，前者的通知只会唤醒一个因此而等待的goroutine，而后者的通知却会唤醒所有为此等待的goroutine。

　　条件变量的Wait方法总会把当前的goroutine添加到队列的队尾，而它的Signal方法总会从通知队列的队首开始查找可被唤醒的goroutine，所以，因Signal方法的通知而被唤醒的goroutine一般都是最早等待的那个。

　　条件变量的Signal方法和Broadcast方法不需要在互斥锁保护下执行。

　　条件变量的通知有即时性。即如果发生通知的时候没有goroutine为此等待，那么该通知就会被遗弃