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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「腦子進(jìn)煎魚了」，作者陳煎魚。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系腦子進(jìn)煎魚了公眾號(hào)。

大家好，我是煎魚。

初入 Go 語言的大門，有不少的小伙伴會(huì)快速的 3 天精通 Go，5 天上手項(xiàng)目，14 天上線業(yè)務(wù)迭代，21 天排查、定位問題，順帶捎個(gè)反省報(bào)告。

其中最常見的初級(jí)錯(cuò)誤，Go 面試較最愛問的問題之一：

為什么在 Go 語言里，map 和 slice 不支持并發(fā)讀寫，也就是是非線性安全的，為什么不支持?

見招拆招后，緊接著就會(huì)開始討論如何讓他們倆 ”冤家“ 支持并發(fā)讀寫?

今天我們這篇文章就來理一理，了解其前因后果，一起吸魚學(xué)懂 Go 語言。

非線性安全的例子

slice

我們使用多個(gè) goroutine 對(duì)類型為 slice 的變量進(jìn)行操作，看看結(jié)果會(huì)變的怎么樣。

如下：

func main() { 
 var s []string 
 for i := 0; i < 9999; i++ { 
  go func() { 
   s = append(s, "腦子進(jìn)煎魚了") 
  }() 
 } 
 
 fmt.Printf("進(jìn)了 %d 只煎魚", len(s)) 
} 

輸出結(jié)果：

// 第一次執(zhí)行 
進(jìn)了 5790 只煎魚 
// 第二次執(zhí)行 
進(jìn)了 7370 只煎魚 
// 第三次執(zhí)行 
進(jìn)了 6792 只煎魚 

你會(huì)發(fā)現(xiàn)無論你執(zhí)行多少次，每次輸出的值大概率都不會(huì)一樣。也就是追加進(jìn) slice 的值，出現(xiàn)了覆蓋的情況。

因此在循環(huán)中所追加的數(shù)量，與最終的值并不相等。且這種情況，是不會(huì)報(bào)錯(cuò)的，是一個(gè)出現(xiàn)率不算高的隱式問題。

這個(gè)產(chǎn)生的主要原因是程序邏輯本身就有問題，同時(shí)讀取到相同索引位，自然也就會(huì)產(chǎn)生覆蓋的寫入了。

map

同樣針對(duì) map 也如法炮制一下。重復(fù)針對(duì)類型為 map 的變量進(jìn)行寫入。

如下：

func main() { 
 s := make(map[string]string) 
 for i := 0; i < 99; i++ { 
  go func() { 
   s["煎魚"] = "吸魚" 
  }() 
 } 
 
 fmt.Printf("進(jìn)了 %d 只煎魚", len(s)) 
} 

輸出結(jié)果：

fatal error: concurrent map writes 
 
goroutine 18 [running]: 
runtime.throw(0x10cb861, 0x15) 
        /usr/local/Cellar/go/1.16.2/libexec/src/runtime/panic.go:1117 +0x72 fp=0xc00002e738 sp=0xc00002e708 pc=0x1032472 
runtime.mapassign_faststr(0x10b3360, 0xc0000a2180, 0x10c91da, 0x6, 0x0) 
        /usr/local/Cellar/go/1.16.2/libexec/src/runtime/map_faststr.go:211 +0x3f1 fp=0xc00002e7a0 sp=0xc00002e738 pc=0x1011a71 
main.main.func1(0xc0000a2180) 
        /Users/eddycjy/go-application/awesomeProject/main.go:9 +0x4c fp=0xc00002e7d8 sp=0xc00002e7a0 pc=0x10a474c 
runtime.goexit() 
        /usr/local/Cellar/go/1.16.2/libexec/src/runtime/asm_amd64.s:1371 +0x1 fp=0xc00002e7e0 sp=0xc00002e7d8 pc=0x1063fe1 
created by main.main 
        /Users/eddycjy/go-application/awesomeProject/main.go:8 +0x55 

好家伙，程序運(yùn)行會(huì)直接報(bào)錯(cuò)。并且是 Go 源碼調(diào)用 throw 方法所導(dǎo)致的致命錯(cuò)誤，也就是說 Go 進(jìn)程會(huì)中斷。

不得不說，這個(gè)并發(fā)寫 map 導(dǎo)致的 fatal error: concurrent map writes 錯(cuò)誤提示。我有一個(gè)朋友，已經(jīng)看過少說幾十次了，不同組，不同人...

是個(gè)日經(jīng)的隱式問題。

如何支持并發(fā)讀寫

對(duì) map 上鎖

實(shí)際上我們?nèi)匀淮嬖诓l(fā)讀寫 map 的訴求(程序邏輯決定)，因?yàn)?Go 語言中的 goroutine 實(shí)在是太方便了。

像是一般寫爬蟲任務(wù)時(shí)，基本會(huì)用到多個(gè) goroutine，獲取到數(shù)據(jù)后再寫入到 map 或者 slice 中去。

Go 官方在 Go maps in action 中提供了一種簡(jiǎn)單又便利的方式來實(shí)現(xiàn)：

var counter = struct{ 
    sync.RWMutex 
    m map[string]int 
}{m: make(map[string]int)} 

這條語句聲明了一個(gè)變量，它是一個(gè)匿名結(jié)構(gòu)(struct)體，包含一個(gè)原生和一個(gè)嵌入讀寫鎖 sync.RWMutex。

要想從變量中中讀出數(shù)據(jù)，則調(diào)用讀鎖：

counter.RLock() 
n := counter.m["煎魚"] 
counter.RUnlock() 
fmt.Println("煎魚:", n) 

要往變量中寫數(shù)據(jù)，則調(diào)用寫鎖：

counter.Lock() 
counter.m["煎魚"]++ 
counter.Unlock() 

這就是一個(gè)最常見的 Map 支持并發(fā)讀寫的方式了。

sync.Map

前言

雖然有了 Map+Mutex 的極簡(jiǎn)方案，但是也仍然存在一定問題。那就是在 map 的數(shù)據(jù)量非常大時(shí)，只有一把鎖(Mutex)就非?？膳铝?，一把鎖會(huì)導(dǎo)致大量的爭(zhēng)奪鎖，導(dǎo)致各種沖突和性能低下。

常見的解決方案是分片化，將一個(gè)大 map 分成多個(gè)區(qū)間，各區(qū)間使用多個(gè)鎖，這樣子鎖的粒度就大大降低了。不過該方案實(shí)現(xiàn)起來很復(fù)雜，很容易出錯(cuò)。因此 Go 團(tuán)隊(duì)到比較為止暫無推薦，而是采取了其他方案。

該方案就是在 Go1.9 起支持的 sync.Map，其支持并發(fā)讀寫 map，起到一個(gè)補(bǔ)充的作用。

具體介紹

Go 語言的 sync.Map 支持并發(fā)讀寫 map，采取了 “空間換時(shí)間” 的機(jī)制，冗余了兩個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，分別是：read 和 dirty，減少加鎖對(duì)性能的影響：

type Map struct { 
 mu Mutex 
 read atomic.Value // readOnly 
 dirty map[interface{}]*entry 
 misses int 
} 

其是專門為 append-only 場(chǎng)景設(shè)計(jì)的，也就是適合讀多寫少的場(chǎng)景。這是他的優(yōu)點(diǎn)之一。

若出現(xiàn)寫多/并發(fā)多的場(chǎng)景，會(huì)導(dǎo)致 read map 緩存失效，需要加鎖，沖突變多，性能急劇下降。這是他的重大缺點(diǎn)。

提供了以下常用方法：

func (m *Map) Delete(key interface{}) 
func (m *Map) Load(key interface{}) (value interface{}, ok bool) 
func (m *Map) LoadAndDelete(key interface{}) (value interface{}, loaded bool) 
func (m *Map) LoadOrStore(key, value interface{}) (actual interface{}, loaded bool) 
func (m *Map) Range(f func(key, value interface{}) bool) 
func (m *Map) Store(key, value interface{}) 

• Delete：刪除某一個(gè)鍵的值。
• Load：返回存儲(chǔ)在 map 中的鍵的值，如果沒有值，則返回 nil。ok 結(jié)果表示是否在 map 中找到了值。
• LoadAndDelete：刪除一個(gè)鍵的值，如果有的話返回之前的值。
• LoadOrStore：如果存在的話，則返回鍵的現(xiàn)有值。否則，它存儲(chǔ)并返回給定的值。如果值被加載，加載的結(jié)果為 true，如果被存儲(chǔ)，則為 false。
• Range：遞歸調(diào)用，對(duì) map 中存在的每個(gè)鍵和值依次調(diào)用閉包函數(shù) f。如果 f 返回 false 就停止迭代。
• Store：存儲(chǔ)并設(shè)置一個(gè)鍵的值。

實(shí)際運(yùn)行例子如下：

var m sync.Map 
 
func main() { 
 //寫入 
 data := []string{"煎魚", "咸魚", "烤魚", "蒸魚"} 
 for i := 0; i < 4; i++ { 
  go func(i int) { 
   m.Store(i, data[i]) 
  }(i) 
 } 
 time.Sleep(time.Second) 
 
 //讀取 
 v, ok := m.Load(0) 
 fmt.Printf("Load: %v, %v\n", v, ok) 
 
 //刪除 
 m.Delete(1) 
 
 //讀或?qū)?nbsp;
 v, ok = m.LoadOrStore(1, "吸魚") 
 fmt.Printf("LoadOrStore: %v, %v\n", v, ok) 
 
 //遍歷 
 m.Range(func(key, value interface{}) bool { 
  fmt.Printf("Range: %v, %v\n", key, value) 
  return true 
 }) 
} 

輸出結(jié)果：

Load: 煎魚, true 
LoadOrStore: 吸魚, false 
Range: 0, 煎魚 
Range: 1, 吸魚 
Range: 3, 蒸魚 
Range: 2, 烤魚 

為什么不支持

Go Slice 的話，主要還是索引位覆寫問題，這個(gè)就不需要糾結(jié)了，勢(shì)必是程序邏輯在編寫上有明顯缺陷，自行改之就好。

但 Go map 就不大一樣了，很多人以為是默認(rèn)支持的，一個(gè)不小心就翻車，這么的常見。那憑什么 Go 官方還不支持，難不成太復(fù)雜了，性能太差了，到底是為什么?

原因如下(via @go faq)：

• 典型使用場(chǎng)景：map 的典型使用場(chǎng)景是不需要從多個(gè) goroutine 中進(jìn)行安全訪問。
• 非典型場(chǎng)景(需要原子操作)：map 可能是一些更大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或已經(jīng)同步的計(jì)算的一部分。
• 性能場(chǎng)景考慮：若是只是為少數(shù)程序增加安全性，導(dǎo)致 map 所有的操作都要處理 mutex，將會(huì)降低大多數(shù)程序的性能。

匯總來講，就是 Go 官方在經(jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間的討論后，認(rèn)為 Go map 更應(yīng)適配典型使用場(chǎng)景，而不是為了小部分情況，導(dǎo)致大部分程序付出代價(jià)(性能)，決定了不支持。

總結(jié)

在今天這篇文章中，我們針對(duì) Go 語言中的 map 和 slice 進(jìn)行了基本的介紹，也對(duì)不支持并發(fā)讀者的場(chǎng)景進(jìn)行了模擬展示。

同時(shí)也針對(duì)業(yè)內(nèi)常見的支持并發(fā)讀寫的方式進(jìn)行了講述，最后分析了不支持的原因，讓我們對(duì)整個(gè)前因后果有了一個(gè)完整的了解。