Go语言的sync.Once和sync.Cond

发布于:2025-07-04 ⋅ 阅读:(20) ⋅ 点赞:(0)

一.sync.Once

Once(单次执行)

用途:确保某个操作只执行一次(如初始化配置)

核心方法:Do(f func()):保证 f只执行一次

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var (
	config map[string]string
	once   sync.Once
	wg     sync.WaitGroup
)

func loadConfig() {
	once.Do(func() {
		fmt.Println("Loading config...")
		config = map[string]string{"key": "value"}
	})
}

func main() {
	for i := 0; i < 5; i++ {
		wg.Add(1)
		go func() {
			defer wg.Done() // 确保 goroutine 结束时减少计数器
			loadConfig()
		}()
	}
	wg.Wait() // 等待所有 goroutine 完成
}

可以确保这个协程只进行一次

二.sync.Cond

sync.Cond 是 golang 标准库提供的并发协调器,用于支援开放人员在指定条件下阻塞和唤醒协程的操作.

  • Wait():释放锁并阻塞,直到被唤醒。
  • Signal():唤醒一个等待的 goroutine。
  • Broadcast():唤醒所有等待的 goroutine。

2.1 数据结构与构造器方法

type Cond struct {
    // 不可以对其进行值拷贝
    noCopy noCopy
    // 一个自旋锁
    L Locker
    // 一个队列,存放阻塞的goroutine
    notify  notifyList
    checker copyChecker
}

// NewCond returns a new Cond with Locker l.
func NewCond(l Locker) *Cond {
    return &Cond{L:l}
}

(1)成员变量 noCopy + checker 是一套组合拳,保证 Cond 在第一次使用后不允许被复制;

(2)核心变量 L,一把锁,用于实现阻塞操作;

(3)核心变量 notify,阻塞链表,分别存储了调用 Cond.Wait() 方法的次数、goroutine 被唤醒的次数、一把系统运行时的互斥锁以及链表的头尾节点.

type notifyList struct {
    wait   uint32
    notify uint32
    lock   uintptr // key field of the mutex
    head   unsafe.Pointer
    tail   unsafe.Pointer
}

2.2 Cond.Wait

作用:把当前这个持有锁的goroutine,释放锁,陷入一个被动阻塞的状态,加入阻塞队列里面。

什么时候被唤醒呢?

当有其他的goroutine也持有这个Cond的引用,使用Signal函数的时候,会首先唤醒队首的goroutine

通过这个机制就可以实现异步goroutine的协调,比如需要某一个goroutine实现了某一个动作,另外一个goroutine才可以继续执行的一个场景。

使用的前置条件

看下面的代码我们会发现,它有一个解锁的操作,所以在调用他之前,必须是加锁的状态,只有这样才可以执行,然后陷入被动阻塞的状态,阻塞唤醒之后,才会重新加锁。

func (c *Cond) Wait() {
    c.checker.check()
    t := runtime_notifyListAdd(&c.notify)
    c.L.Unlock()
    runtime_notifyListWait(&c.notify, t)
    c.L.Lock()
}

(1)检查 Cond 是否在使用过后被拷贝,是则 panic;

(2)该 Cond 阻塞链表 wait 统计数加 1;

(3)当前协程释放锁,因为接下来即将被操作系统 park;

(4)将当前协程包装成节点,添加到 Cond 的阻塞队列当中,并调用 park 操作将当前协程挂起;

(5)协程被唤醒后,重新尝试获取锁.

2.3 Cond.Signal

作用:就是唤醒队首的goroutine唤醒

func (c *Cond) Signal() {
    c.checker.check()
    runtime_notifyListNotifyOne(&c.notify)
}

(1)检查 Cond 是否在首次使用后被拷贝,是则 panic;

(2)该 Cond 阻塞链表 notify 统计数加 1;

(3)从头开始遍历阻塞链表,唤醒一个等待时间最长的 goroutine.

2.4 Cond.BroadCast

作用:就是将阻塞队列里面的所有goroutine都进行唤醒。

func (c *Cond) Broadcast() {
    c.checker.check()
    runtime_notifyListNotifyAll(&c.notify)
}

(1)检查 Cond 是否在首次使用后被拷贝,是则 panic;

(2)取 wait 值赋值给 notify;

(3)唤醒阻塞链表所有节点.

2.5 使用案例

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	var mu sync.Mutex
	cond := sync.NewCond(&mu)
	
	// 共享状态
	isReady := false

	// 等待条件的goroutine
	go func() {
		fmt.Println("等待者: 等待条件满足...")
		cond.L.Lock()
		defer cond.L.Unlock()
		
		// 使用循环防止虚假唤醒
		for !isReady {
			cond.Wait() // 释放锁并阻塞,唤醒时会重新获得锁
			fmt.Println("等待者: 被唤醒,检查条件")
		}
		fmt.Println("等待者: 条件已满足!")
	}()

	// 改变条件的goroutine
	go func() {
		time.Sleep(2 * time.Second) // 模拟耗时操作
		fmt.Println("触发者: 准备改变条件...")
		
		cond.L.Lock()
		isReady = true
		cond.L.Unlock()
		
		fmt.Println("触发者: 发送通知")
		cond.Signal() // 唤醒一个等待的goroutine
	}()

	time.Sleep(3 * time.Second) // 等待所有goroutine完成
}

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