Go 并发编程实战：从数据竞争到 Mutex 与读写锁

原创

孟斯特

发布于 2025-08-29 13:38:52

2071

文章被收录于专栏：Go学习Go学习

在日常开发中，我们经常会遇到高并发的业务场景，比如钱包系统的转账。如何保证并发情况下的数据一致性，是 Go 工程师必须掌握的技能之一。今天我用一个简单的钱包转账例子，带大家看看 Go 中数据竞争是怎么发生的，以及如何用 sync.Mutex 和 sync.RWMutex 来解决。

1. 从问题开始：并发转账的数据错乱

假设我们实现了一个简单的钱包结构体 Wallet，并提供了转账方法：

type Wallet struct {
    Balance int
}

func (w *Wallet) Transfer(amount int, target *Wallet) {
    if w.Balance >= amount {
        w.Balance -= amount
        target.Balance += amount
    }
}

在 main 函数里，我们让两个用户账户各自初始余额 1000，然后模拟 1000 个并发协程，每次从 userA 转账 1 元给 userB：

func main() {
    userA := &Wallet{Balance: 1000}
    userB := &Wallet{Balance: 1000}
    var wg sync.WaitGroup

    wg.Add(1000)
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        go func() {
            defer wg.Done()
            userA.Transfer(1, userB)
        }()
    }
    wg.Wait()

    fmt.Printf("UserA余额: %d\n", userA.Balance)
	fmt.Printf("UserB余额: %d\n", userB.Balance)
}

预期结果：

A 转出 1000 元后余额为 0
B 收入 1000 元后余额为 2000

但实际运行多次后，输出往往并不一致，比如：

UserA余额: 312
UserB余额: 1688

为什么会这样？

2. 问题的根源：数据竞争

原因在于：

多个 goroutine 同时在修改 userA.Balance 和 userB.Balance
w.Balance -= amount 和 target.Balance += amount 并不是原子操作
导致读写交叉时数据覆盖或丢失，形成 race condition（竞态条件）

我们可以用 Go 内置的 -race 工具检测：

$ go run -race main.go
==================
WARNING: DATA RACE
Read at 0x00c000114038 by goroutine 14:
  main.(*Wallet).Transfer()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:13 +0x78
  main.main.func1()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:28 +0x74

Previous write at 0x00c000114038 by goroutine 8:
  main.(*Wallet).Transfer()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:14 +0x9c
  main.main.func1()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:28 +0x74

Goroutine 14 (running) created at:
  main.main()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:26 +0x9c

Goroutine 8 (finished) created at:
  main.main()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:26 +0x9c
==================
==================
WARNING: DATA RACE
Read at 0x00c000114038 by goroutine 14:
  main.(*Wallet).Transfer()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:14 +0x8c
  main.main.func1()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:28 +0x74

Previous write at 0x00c000114038 by goroutine 24:
  main.(*Wallet).Transfer()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:14 +0x9c
  main.main.func1()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:28 +0x74

Goroutine 14 (running) created at:
  main.main()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:26 +0x9c

Goroutine 24 (finished) created at:
  main.main()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:26 +0x9c
==================
==================
WARNING: DATA RACE
Read at 0x00c000114048 by goroutine 14:
  main.(*Wallet).Transfer()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:15 +0xb8
  main.main.func1()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:28 +0x74

Previous write at 0x00c000114048 by goroutine 24:
  main.(*Wallet).Transfer()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:15 +0xc8
  main.main.func1()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:28 +0x74

Goroutine 14 (running) created at:
  main.main()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:26 +0x9c

Goroutine 24 (finished) created at:
  main.main()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:26 +0x9c
==================
==================
WARNING: DATA RACE
Write at 0x00c000114038 by goroutine 18:
  main.(*Wallet).Transfer()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:14 +0x9c
  main.main.func1()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:28 +0x74

Previous write at 0x00c000114038 by goroutine 30:
  main.(*Wallet).Transfer()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:14 +0x9c
  main.main.func1()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:28 +0x74

Goroutine 18 (running) created at:
  main.main()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:26 +0x9c

Goroutine 30 (running) created at:
  main.main()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:26 +0x9c
==================
==================
WARNING: DATA RACE
Write at 0x00c000114048 by goroutine 32:
  main.(*Wallet).Transfer()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:15 +0xc8
  main.main.func1()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:28 +0x74

Previous write at 0x00c000114048 by goroutine 25:
  main.(*Wallet).Transfer()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:15 +0xc8
  main.main.func1()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:28 +0x74

Goroutine 32 (running) created at:
  main.main()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:26 +0x9c

Goroutine 25 (finished) created at:
  main.main()
      /Users/mac/vscode/mengbin/mengbin92.github.io/_posts/test.go:26 +0x9c
==================
UserA余额: 92
UserB余额: 1769
Found 5 data race(s)
exit status 66

输出会提示存在 DATA RACE，验证了我们的推断。

3. 解决方案一：加锁 —— `sync.Mutex`

最直接的办法就是用 互斥锁 (sync.Mutex) 保护共享数据，确保在同一时间只有一个 goroutine 能执行转账操作。

type Wallet struct {
    Balance int
    mu      sync.Mutex
}

func (w *Wallet) Transfer(amount int, target *Wallet) {
    w.mu.Lock()
    defer w.mu.Unlock()

    if w.Balance >= amount {
        w.Balance -= amount

        target.mu.Lock()
        target.Balance += amount
        target.mu.Unlock()
    }
}

这样，每次转账都必须拿到锁，保证操作的完整性。

再次运行程序，结果稳定为：

UserA余额: 0
UserB余额: 2000

问题解决。

4. 优化方案：读写锁 —— `sync.RWMutex`

但是，如果钱包的读操作（比如查询余额）非常频繁，而写操作相对较少，这时使用 sync.Mutex 会导致读操作也被阻塞，降低整体性能。

Go 提供了 读写锁 sync.RWMutex：

多个读可以并发执行（RLock / RUnlock）
写操作依然互斥（Lock / Unlock）

修改代码如下：

type Wallet struct {
    Balance int
    mu      sync.RWMutex
}

func (w *Wallet) Transfer(amount int, target *Wallet) {
    w.mu.Lock()
    defer w.mu.Unlock()

    if w.Balance >= amount {
        w.Balance -= amount

        target.mu.Lock()
        target.Balance += amount
        target.mu.Unlock()
    }
}

func (w *Wallet) GetBalance() int {
    w.mu.RLock()
    defer w.mu.RUnlock()
    return w.Balance
}

这样：

转账写操作依然是串行的
查询余额可以并发进行，不会相互阻塞
在高并发场景下，系统的整体性能会显著提升

5. 总结

通过这个钱包转账的例子，我们可以总结 Go 并发下的几个关键点：

数据竞争是并发编程的常见问题，务必通过 -race 检测工具来排查
互斥锁 Mutex 是解决写并发最直接可靠的方法
如果读多写少，可以选择 读写锁 RWMutex，提升读取并发能力
在实际系统中，还要结合业务逻辑，比如数据库事务、分布式锁，保证数据一致性

Go 并发编程的核心是对共享资源的正确管理，合理使用 Mutex 和 RWMutex，才能写出既安全又高效的代码。

原创声明：本文系作者授权腾讯云开发者社区发表，未经许可，不得转载。

如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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