Golang并发的次优选择：sync包
Golang并发的次优选择：sync包
我们都知道Golang并发优选channel，但channel不是万能的，Golang为我们提供了另一种选择：sync。通过这篇文章，你会了解sync包最基础、最常用的方法，至于sync和channel之争留给下一篇文章。
sync包提供了基础的异步操作方法，比如互斥锁（Mutex）、单次执行（Once）和等待组（WaitGroup），这些异步操作主要是为低级库提供，上层的异步/并发操作最好选用通道和通信。
sync包提供了：
- Mutex：互斥锁
- RWMutex：读写锁
- WaitGroup：等待组
- Once：单次执行
- Cond：信号量
- Pool：临时对象池
- Map：自带锁的map
这篇文章是sync包的入门文章，所以只介绍常用的结构和方法：Mutex、RWMutex、WaitGroup、Once，而Cond、Pool和Map留给大家自行探索，或有需求再介绍。
互斥锁
常做并发工作的朋友对互斥锁应该不陌生，Golang里互斥锁需要确保的是某段时间内，不能有多个协程同时访问一段代码（临界区）。
互斥锁被称为Mutex，它有2个函数，Lock()和Unlock()分别是获取锁和释放锁，如下：
1type Mutex
2func (m *Mutex) Lock(){}
3func (m *Mutex) Unlock(){}Mutex的初始值为未锁的状态，并且Mutex通常作为结构体的匿名成员存在。
经过了上面这么“官方”的介绍，举个例子：你在工商银行有100元存款，这张卡绑定了支付宝和微信，在中午12点你用支付宝支付外卖30元，你在微信发红包，抢到10块。银行需要按顺序执行上面两件事，先减30再加10或者先加10再减30，结果都是80，但如果同时执行，结果可能是，只减了30或者只加了10，即你有70元或者你有110元。前一个结果是你赔了，后一个结果是银行赔了，银行可不希望把这种事算错。
看看实际使用吧：创建一个银行，银行里存每个账户的钱，存储查询都加了锁操作，这样银行就不会算错账了。 银行的定义：
1type Bank struct {
2 sync.Mutex
3 saving map[string]int // 每账户的存款金额
4}
5
6func NewBank() *Bank {
7 b := &Bank{
8 saving: make(map[string]int),
9 }
10 return b
11}银行的存取钱：
1// Deposit 存款
2func (b *Bank) Deposit(name string, amount int) {
3 b.Lock()
4 defer b.Unlock()
5
6 if _, ok := b.saving[name]; !ok {
7 b.saving[name] = 0
8 }
9 b.saving[name] += amount
10}
11
12// Withdraw 取款，返回实际取到的金额
13func (b *Bank) Withdraw(name string, amount int) int {
14 b.Lock()
15 defer b.Unlock()
16
17 if _, ok := b.saving[name]; !ok {
18 return 0
19 }
20 if b.saving[name] < amount {
21 amount = b.saving[name]
22 }
23 b.saving[name] -= amount
24
25 return amount
26}
27
28// Query 查询余额
29func (b *Bank) Query(name string) int {
30 b.Lock()
31 defer b.Unlock()
32
33 if _, ok := b.saving[name]; !ok {
34 return 0
35 }
36
37 return b.saving[name]
38}模拟操作：小明支付宝存了100，并且同时花了20。
1func main() {
2 b := NewBank()
3 go b.Deposit("xiaoming", 100)
4 go b.Withdraw("xiaoming", 20)
5 go b.Deposit("xiaogang", 2000)
6
7 time.Sleep(time.Second)
8 fmt.Printf("xiaoming has: %d\n", b.Query("xiaoming"))
9 fmt.Printf("xiaogang has: %d\n", b.Query("xiaogang"))
10}结果：先存后花。
1➜ sync_pkg git:(master) ✗ go run mutex.go
2xiaoming has: 80
3xiaogang has: 2000也可能是：先花后存，因为先花20，因为小明没钱，所以没花出去。
1➜ sync_pkg git:(master) ✗ go run mutex.go
2xiaoming has: 100
3xiaogang has: 2000这个例子只是介绍了mutex的基本使用，如果你想多研究下mutex，那就去我的Github（阅读原文）下载下来代码，自己修改测试。Github中还提供了没有锁的例子，运行多次总能碰到错误：
fatal error: concurrent map writes 这是由于并发访问map造成的。
读写锁
读写锁是互斥锁的特殊变种，如果是计算机基本知识扎实的朋友会知道，读写锁来自于读者和写者的问题，这个问题就不介绍了，介绍下我们的重点：读写锁要达到的效果是同一时间可以允许多个协程读数据，但只能有且只有1个协程写数据。
也就是说，读和写是互斥的，写和写也是互斥的，但读和读并不互斥。具体讲，当有至少1个协程读时，如果需要进行写，就必须等待所有已经在读的协程结束读操作，写操作的协程才获得锁进行写数据。当写数据的协程已经在进行时，有其他协程需要进行读或者写，就必须等待已经在写的协程结束写操作。
读写锁是RWMutex，它有5个函数，它需要为读操作和写操作分别提供锁操作，这样就4个了：
Lock()和Unlock()是给写操作用的。RLock()和RUnlock()是给读操作用的。
RLocker()能获取读锁，然后传递给其他协程使用。使用较少。
1type RWMutex
2func (rw *RWMutex) Lock(){}
3func (rw *RWMutex) RLock(){}
4func (rw *RWMutex) RLocker() Locker{}
5func (rw *RWMutex) RUnlock(){}
6func (rw *RWMutex) Unlock(){}上面的银行实现不合理：大家都是拿手机APP查余额，可以同时几个人一起查呀，这根本不影响，银行的锁可以换成读写锁。存、取钱是写操作，查询金额是读操作，代码修改如下，其他不变：
1type Bank struct {
2 sync.RWMutex
3 saving map[string]int // 每账户的存款金额
4}
5
6// Query 查询余额
7func (b *Bank) Query(name string) int {
8 b.RLock()
9 defer b.RUnlock()
10
11 if _, ok := b.saving[name]; !ok {
12 return 0
13 }
14
15 return b.saving[name]
16}
17
18func main() {
19 b := NewBank()
20 go b.Deposit("xiaoming", 100)
21 go b.Withdraw("xiaoming", 20)
22 go b.Deposit("xiaogang", 2000)
23
24 time.Sleep(time.Second)
25 print := func(name string) {
26 fmt.Printf("%s has: %d\n", name, b.Query(name))
27 }
28
29 nameList := []string{"xiaoming", "xiaogang", "xiaohong", "xiaozhang"}
30 for _, name := range nameList {
31 go print(name)
32 }
33
34 time.Sleep(time.Second)
35}结果，可能不一样，因为协程都是并发执行的，执行顺序不固定：
1➜ sync_pkg git:(master) ✗ go run rwmutex.go
2xiaohong has: 0
3xiaozhang has: 0
4xiaogang has: 2000
5xiaoming has: 100等待组
互斥锁和读写锁大多数人可能比较熟悉，而对等待组（WaitGroup）可能就不那么熟悉，甚至有点陌生，所以先来介绍下等待组在现实中的例子。
你们团队有5个人，你作为队长要带领大家打开藏有宝藏的箱子，但这个箱子需要4把钥匙才能同时打开，你把寻找4把钥匙的任务，分配给4个队员，让他们分别去寻找，而你则守着宝箱，在这等待，等他们都找到回来后，一起插进钥匙打开宝箱。
这其中有个很重要的过程叫等待：等待一些工作完成后，再进行下一步的工作。如果使用Golang实现，就得使用等待组。
等待组是WaitGroup，它有3个函数:
Add()：在被等待的协程启动前加1，代表要等待1个协程。Done()：被等待的协程执行Done，代表该协程已经完成任务，通知等待协程。Wait(): 等待其他协程的协程，使用Wait进行等待。
1type WaitGroup
2func (wg *WaitGroup) Add(delta int){}
3func (wg *WaitGroup) Done(){}
4func (wg *WaitGroup) Wait(){}来，一起看下怎么用WaitGroup实现上面的问题。
队长先创建一个WaitGroup对象wg，每个队员都是1个协程， 队长让队员出发前，使用wg.Add()，队员出发寻找钥匙，队长使用wg.Wait()等待（阻塞）所有队员完成，某个队员完成时执行wg.Done()，等所有队员找到钥匙，wg.Wait()则返回，完成了等待的过程，接下来就是开箱。
结合之前的协程池的例子，修改成WG等待协程池协程退出，实例代码：
1func leader() {
2 var wg sync.WaitGroup
3 wg.Add(4)
4 for i := 0; i < 4; i++ {
5 go follower(&wg, i)
6 }
7 wg.Wait()
8
9 fmt.Println("open the box together")
10}
11
12func follower(wg *sync.WaitGroup, id int) {
13 fmt.Printf("follwer %d find key\n", id)
14 wg.Done()
15}结果:
1➜ sync_pkg git:(master) ✗ go run waitgroup.go
2follwer 3 find key
3follwer 1 find key
4follwer 0 find key
5follwer 2 find key
6open the box togetherWaitGroup也常用在协程池的处理上，协程池等待所有协程退出，把上篇文章《Golang并发模型：轻松入门协程池》的例子改下：
1package main
2
3import (
4 "fmt"
5 "sync"
6)
7
8func main() {
9 var once sync.Once
10 onceBody := func() {
11 fmt.Println("Only once")
12 }
13 done := make(chan bool)
14 for i := 0; i < 10; i++ {
15 go func() {
16 once.Do(onceBody)
17 done <- true
18 }()
19 }
20 for i := 0; i < 10; i++ {
21 <-done
22 }
23}单次执行
在程序执行前，通常需要做一些初始化操作，但触发初始化操作的地方是有多处的，但是这个初始化又只能执行1次，怎么办呢？
使用Once就能轻松解决，once对象是用来存放1个无入参无返回值的函数，once可以确保这个函数只被执行1次。
1type Once
2func (o *Once) Do(f func()){}直接把官方代码给大家搬过来看下，once在10个协程中调用，但once中的函数onceBody()只执行了1次：
1package main
2
3import (
4 "fmt"
5 "sync"
6)
7
8func main() {
9 var once sync.Once
10 onceBody := func() {
11 fmt.Println("Only once")
12 }
13 done := make(chan bool)
14 for i := 0; i < 10; i++ {
15 go func() {
16 once.Do(onceBody)
17 done <- true
18 }()
19 }
20 for i := 0; i < 10; i++ {
21 <-done
22 }
23}结果：
1➜ sync_pkg git:(master) ✗ go run once.go
2Only once示例源码
本文所有示例源码，及历史文章、代码都存储在Github：https://github.com/Shitaibin/golang_step_by_step/tree/master/sync_pkg
下期预告
这次先介绍入门的知识，下次再介绍一些深入思考、最佳实践，不能一口吃个胖子，咱们慢慢来，顺序渐进。
下一篇我以这些主题进行介绍，欢迎关注：
- 哪个协程先获取锁
- 一定要用锁吗
- 锁与通道的选择