讓我們來(lái)看看負(fù)責(zé)提供同步原語(yǔ)的 Go 包：sync。

sync.Mutex

sync.Mutex 可能是 sync 包中被廣泛使用的原語(yǔ)。它允許對(duì)共享資源進(jìn)行互斥操作（即不允許同時(shí)訪問(wèn)）：

mutex := &sync.Mutex{}

mutex.Lock()
// Update shared variable (e.g. slice, pointer on a structure, etc.)
mutex.Unlock()

必須指出的是 sync.Mutex 無(wú)法被復(fù)制（就像 sync 包中的所有其他原語(yǔ)一樣）。如果一個(gè)結(jié)構(gòu)體有一個(gè) sync 字段，必須通過(guò)指針進(jìn)行傳遞。

sync.RWMutex

sync.RWMutex 是一個(gè)讀寫(xiě)鎖。它提供了與我們剛剛看到的 Lock() 和 Unlock() 相同的方法（因?yàn)檫@兩個(gè)結(jié)構(gòu)都實(shí)現(xiàn)了 sync.Locker 接口）。然而，它還允許使用 RLock() 和 RUnlock() 方法進(jìn)行并發(fā)讀?。?/p>

mutex := &sync.RWMutex{}

mutex.Lock()
// Update shared variable
mutex.Unlock()

mutex.RLock()
// Read shared variable
mutex.RUnlock()

一個(gè) sync.RWMutex 允許至少一個(gè)讀取者或正好一個(gè)寫(xiě)入者，而一個(gè) sync.Mutex 則允許正好一個(gè)讀取者或?qū)懭胝摺?/p>

讓我們運(yùn)行一個(gè)快速的基準(zhǔn)測(cè)試來(lái)比較這些方法：

func BenchmarkMutexLock(b *testing.B) {
    m := sync.Mutex{}
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        m.Lock()
        m.Unlock()
    }
}
func BenchmarkRWMutexLock(b *testing.B) {
    m := sync.RWMutex{}
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        m.Lock()
        m.Unlock()
    }
}

func BenchmarkRWMutexRLock(b *testing.B) {
    m := sync.RWMutex{}
    for i := 0; i < b.N; i++ {
        m.RLock()
        m.RUnlock()
    }
}

BenchmarkMutexLock-4       83497579         17.7 ns/op
BenchmarkRWMutexLock-4     35286374         44.3 ns/op
BenchmarkRWMutexRLock-4    89403342         15.3 ns/op

正如我們注意到的那樣，讀取鎖定/解鎖 sync.RWMutex 比鎖定/解鎖 sync.Mutex 更快。另一方面，調(diào)用 Lock()/Unlock() 在 sync.RWMutex 上是最慢的操作。

總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)我們有頻繁的讀取和不經(jīng)常的寫(xiě)入時(shí)，應(yīng)該使用 sync.RWMutex。

sync.WaitGroup

sync.WaitGroup 也經(jīng)常被使用。它是一個(gè) goroutine 等待一組 goroutine 完成的慣用方式。

sync.WaitGroup 擁有一個(gè)內(nèi)部計(jì)數(shù)器。如果這個(gè)計(jì)數(shù)器等于 0，Wait() 方法會(huì)立即返回。否則，它會(huì)被阻塞，直到計(jì)數(shù)器變?yōu)?0。

要增加計(jì)數(shù)器，我們可以使用 Add(int) 方法。要減少計(jì)數(shù)器，可以使用 Done()（將計(jì)數(shù)器減 1）或者使用帶有負(fù)值的相同的 Add(int) 方法。

在以下示例中，我們將啟動(dòng)八個(gè) goroutine 并等待它們完成：

wg := &sync.WaitGroup{}

for i := 0; i < 8; i++ {
  wg.Add(1)
  go func() {
    // Do something
    wg.Done()
  }()
}

wg.Wait()
// Continue execution

每次我們創(chuàng)建一個(gè) goroutine 時(shí)，都會(huì)使用 wg.Add(1) 來(lái)增加 wg 的內(nèi)部計(jì)數(shù)器。我們也可以在 for 循環(huán)外部調(diào)用 wg.Add(8)。

與此同時(shí)，每當(dāng)一個(gè) goroutine 完成時(shí)，它會(huì)使用 wg.Done() 來(lái)減少 wg 的內(nèi)部計(jì)數(shù)器。

一旦執(zhí)行了八個(gè) wg.Done() 語(yǔ)句，主 goroutine 就會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。

sync.Map

sync.Map 是 Go 中的一個(gè)并發(fā)版本的 map，我們可以：

• 使用 Store(interface{}, interface{}) 添加元素
• 使用 Load(interface) interface{} 檢索元素
• 使用 Delete(interface{}) 刪除元素
• 使用 LoadOrStore(interface{}, interface{}) (interface, bool) 檢索或添加元素（如果之前不存在）。返回的 bool 值為 true 表示在操作前鍵存在于 map 中。
• 使用 Range 在元素上進(jìn)行迭代

m := &sync.Map{}

// Put elements
m.Store(1, "one")
m.Store(2, "two")

// Get element 1
value, contains := m.Load(1)
if contains {
  fmt.Printf("%s\n", value.(string))
}

// Returns the existing value if present, otherwise stores it
value, loaded := m.LoadOrStore(3, "three")
if !loaded {
  fmt.Printf("%s\n", value.(string))
}

// Delete element 3
m.Delete(3)

// Iterate over all the elements
m.Range(func(key, value interface{}) bool {
  fmt.Printf("%d: %s\n", key.(int), value.(string))
  return true
})

Go 在線測(cè)試: https://play.golang.org/p/BO8IDVIDwsr

one
three
1: one
2: two

正如你所看到的，Range 方法接受一個(gè) func(key, value interface{}) bool 函數(shù)作為參數(shù)。如果我們返回 false，則迭代會(huì)停止。有趣的是，即使我們?cè)诤愣〞r(shí)間之后返回 false（更多信息），最壞情況下的時(shí)間復(fù)雜度仍然保持為 O(n)。

何時(shí)應(yīng)該使用 sync.Map 而不是在經(jīng)典的 map 上加 sync.Mutex 呢？

• 當(dāng)我們有頻繁讀取和不經(jīng)常寫(xiě)入時(shí)（與 sync.RWMutex 類似）
• 當(dāng)多個(gè) goroutine 為不相交的鍵集合讀取、寫(xiě)入和覆蓋條目。這具體意味著什么？例如，如果我們有一個(gè)分片實(shí)現(xiàn)，有 4 個(gè) goroutine 每個(gè)負(fù)責(zé) 25% 的鍵（沒(méi)有沖突）。在這種情況下，sync.Map 也是首選。

sync.Pool

sync.Pool 是一個(gè)并發(fā)池，負(fù)責(zé)安全地保存一組對(duì)象。

其公共方法包括：

• Get() interface{} 用于檢索一個(gè)元素
• Put(interface{}) 用于添加一個(gè)元素

pool := &sync.Pool{}

pool.Put(NewConnection(1))
pool.Put(NewConnection(2))
pool.Put(NewConnection(3))

connection := pool.Get().(*Connection)
fmt.Printf("%d\n", connection.id)
connection = pool.Get().(*Connection)
fmt.Printf("%d\n", connection.id)
connection = pool.Get().(*Connection)
fmt.Printf("%d\n", connection.id)

1
3
2

值得注意的是，就順序而言是沒(méi)有保證的。Get 方法指定它從池中獲取一個(gè)任意的項(xiàng)目。

也可以指定一個(gè)創(chuàng)建方法：

pool := &sync.Pool{
  New: func() interface{} {
    return NewConnection()
  },
}

connection := pool.Get().(*Connection)

每次調(diào)用 Get() 時(shí)，它將返回由傳遞給 pool.New 的函數(shù)創(chuàng)建的對(duì)象（在本例中是一個(gè)指針）。

何時(shí)應(yīng)該使用 sync.Pool 呢？有兩種情況：

• 第一種情況是當(dāng)我們需要重用共享且長(zhǎng)期存在的對(duì)象時(shí)，比如一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接。
• 第二種情況是優(yōu)化內(nèi)存分配。

讓我們考慮一個(gè)函數(shù)的示例，該函數(shù)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入緩沖區(qū)并將結(jié)果持久化到文件中。使用 sync.Pool，我們可以重復(fù)使用分配給緩沖區(qū)的空間，跨不同的函數(shù)調(diào)用重復(fù)使用同一個(gè)對(duì)象。

第一步是檢索先前分配的緩沖區(qū)（或者如果是第一次調(diào)用，則創(chuàng)建一個(gè)，但這已經(jīng)被抽象化了）。然后，延遲操作是將緩沖區(qū)放回池中。

func writeFile(pool *sync.Pool, filename string) error {
    // Gets a buffer object
    buf := pool.Get().(*bytes.Buffer)
    // Returns the buffer into the pool
    defer pool.Put(buf)

    // Reset buffer otherwise it will contain "foo" during the first call
    // Then "foofoo" etc.
    buf.Reset()

    buf.WriteString("foo")

    return ioutil.WriteFile(filename, buf.Bytes(), 0644)
}

sync.Pool 還有一個(gè)要提到的重要點(diǎn)。由于指針可以被放入 Get() 返回的接口值中，無(wú)需進(jìn)行任何分配，因此最好將指針?lè)湃氤刂卸皇墙Y(jié)構(gòu)體。

這樣，我們既可以有效地重用已分配的內(nèi)存，又可以減輕垃圾收集器的壓力，因?yàn)槿绻兞刻右莸蕉焉?，它就不需要再次分配?nèi)存。

sync.Once

sync.Once 是一個(gè)簡(jiǎn)單而強(qiáng)大的原語(yǔ)，用于確保一個(gè)函數(shù)只被執(zhí)行一次。

在這個(gè)例子中，將只有一個(gè) goroutine 顯示輸出消息：

once := &sync.Once{}
for i := 0; i < 4; i++ {
    i := i
    go func() {
        once.Do(func() {
            fmt.Printf("first %d\n", i)
        })
    }()
}

我們使用了 Do(func()) 方法來(lái)指定只有這部分代碼必須被執(zhí)行一次。

sync.Cond

讓我們以最可能最少使用的原語(yǔ) sync.Cond 結(jié)束。

它用于向 goroutine 發(fā)出信號(hào)（一對(duì)一）或向 goroutine(s) 廣播信號(hào)（一對(duì)多）。

假設(shè)我們有一個(gè)場(chǎng)景，需要通知一個(gè) goroutine 共享切片的第一個(gè)元素已被更新。

創(chuàng)建一個(gè) sync.Cond 需要一個(gè) sync.Locker 對(duì)象（可以是 sync.Mutex 或 sync.RWMutex）：

cond := sync.NewCond(&sync.RWMutex{})

接下來(lái)，讓我們編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)來(lái)顯示切片的第一個(gè)元素：

func printFirstElement(s []int, cond *sync.Cond) {
    cond.L.Lock()
    cond.Wait()
    fmt.Printf("%d\n", s[0])
    cond.L.Unlock()
}

正如你所看到的，我們可以使用 cond.L 來(lái)訪問(wèn)內(nèi)部互斥鎖。一旦鎖被獲取，我們調(diào)用 cond.Wait()，它會(huì)阻塞直到收到信號(hào)。

現(xiàn)在回到主 goroutine。我們將通過(guò)傳遞一個(gè)共享切片和之前創(chuàng)建的 sync.Cond 來(lái)創(chuàng)建一個(gè) printFirstElement 池。然后，我們調(diào)用一個(gè) get() 函數(shù)，將結(jié)果存儲(chǔ)在 s[0] 中并發(fā)出一個(gè)信號(hào)：

s := make([]int, 1)
for i := 0; i < runtime.NumCPU(); i++ {
    go printFirstElement(s, cond)
}

i := get()
cond.L.Lock()
s[0] = i
cond.Signal()
cond.L.Unlock()

這個(gè)信號(hào)將解除一個(gè)創(chuàng)建的 goroutine 的阻塞狀態(tài)，它將顯示 s[0]。

然而，如果我們退一步來(lái)看，我們可能會(huì)認(rèn)為我們的代碼可能違反了 Go 最基本的原則之一：

不要通過(guò)共享內(nèi)存來(lái)通信；相反，通過(guò)通信來(lái)共享內(nèi)存。

事實(shí)上，在這個(gè)例子中，最好使用一個(gè)通道來(lái)傳遞 get() 返回的值。

然而，我們也提到了 sync.Cond 還可以用于廣播信號(hào)。

讓我們修改上一個(gè)示例的結(jié)尾，將 Signal() 改為 Broadcast()：

i := get()
cond.L.Lock()
s[0] = i
cond.Broadcast()
cond.L.Unlock()

在這種情況下，所有的 goroutine 都會(huì)被觸發(fā)。

眾所周知，通道元素只會(huì)被一個(gè) goroutine 捕獲。唯一模擬廣播的方式是關(guān)閉一個(gè)通道，但這不能重復(fù)使用。因此，盡管 頗具爭(zhēng)議，這無(wú)疑是一個(gè)有趣的特性。

還有一個(gè)值得提及的 sync.Cond 使用場(chǎng)景，也許是最重要的一個(gè)：

示例的 Go Playground 地址：https://play.golang.org/p/ap5qXF5DAg5