Go语言中sync.Cond使用详解

sync.Cond 可以用来干什么？

Golang 的 sync 包中的 Cond 实现了一种条件变量，可以使用多个 Reader 等待公共资源。

每个 Cond 都会关联一个 Lock ,当修改条件或者调用 Wait 方法，必须加锁，保护 Condition。 有点类似 Java 中的 Wait 和 NotifyAll。

sync.Cond 条件变量是用来协调想要共享资源的那些 goroutine, 当共享资源的状态发生变化时，可以被用来通知被互斥锁阻塞的 gorountine。

与 Sync.Mutex 的区别

sync.Cond 基于互斥锁，和互斥锁有什么区别？

sync.Mutex 通常用来保护临界区和共享资源，条件变量 sync.Cond 用来协调想要访问的共享资源。

sync.Cond 使用场景

有一个协程正在接收数据，其他协程必须等待这个协程接收完数据，才能读取到正确的数据。

上述情形下，如果单纯的使用 channel 或者互斥锁，只能有一个协程可以等待，并读取到数据，没办法通知其他协程也读取数据。

这个时候怎么办？

• 可以用一个全局变量标识第一个协程是否接收数据完毕，剩下的协程反复检查该变量的值，直到读取到数据。
• 也可创建多个 channel, 每个协程阻塞在一个 Channel 上，由接收数据的协程在数据接收完毕后，挨个通知。

然后 Go 中其实内置来一个 sync.Cond 来解决这个问题。

sync.Cond

// Each Cond has an associated Locker L (often a *Mutex or *RWMutex),
// which must be held when changing the condition and
// when calling the Wait method.
//
// A Cond must not be copied after first use.
type Cond struct {
        noCopy noCopy

        // L is held while observing or changing the condition
        L Locker

        notify  notifyList
        checker copyChecker
}

可以看到每个 Cond 都会关联一个 锁 L (互斥锁 Mutex, 或者读写锁 * RMMutex), 当修改条件或者使用 Wait 的时候必须要加锁。

sync.Cond 有哪些方法

NewCond 创建实例

func NewCond(l Locker) *Cond

NewCond 创建实例需要关联一个锁。

具体实例：

cadence := sync.NewCond(&sync.Mutex{})

Broadcast 广播唤醒所有

// Broadcast wakes all goroutines waiting on c.
//
// It is allowed but not required for the caller to hold c.L
// during the call.
func (c *Cond) Broadcast()

Broadcast 唤醒所有等待条件变量 c 的 goroutine，无需锁保护。

具体实例：

go func() {
   for range time.Tick(1 * time.Millisecond) {
      cadence.Broadcast()
   }
}()

Signal 唤醒一个协程

// Signal wakes one goroutine waiting on c, if there is any.
//
// It is allowed but not required for the caller to hold c.L
// during the call.
func (c *Cond) Signal()

Signal 只唤醒任意1个等待条件变量 c 的 goroutine，无需锁保护。 有点类似 Java 中的 Notify

Wait 等待

// Wait atomically unlocks c.L and suspends execution
// of the calling goroutine. After later resuming execution,
// Wait locks c.L before returning. Unlike in other systems,
// Wait cannot return unless awoken by Broadcast or Signal.
//
// Because c.L is not locked when Wait first resumes, the caller
// typically cannot assume that the condition is true when
// Wait returns. Instead, the caller should Wait in a loop:
//
//    c.L.Lock()
//    for !condition() {
//        c.Wait()
//    }
//    ... make use of condition ...
//    c.L.Unlock()
//
func (c *Cond) Wait()

调用 Wait 会自动释放锁 c.L，并挂起调用者所在的 goroutine，因此当前协程会阻塞在 Wait 方法调用的地方。如果其他协程调用了 Signal 或 Broadcast 唤醒了该协程，Wait 方法结束阻塞时，并重新给 c.L 加锁，并且继续执行 Wait 后面的代码

代码示例：

c.L.Lock()
for !condition() {
    c.Wait()
}
... make use of condition ...
c.L.Unlock()

代码示例

package sync

import (
   "log"
   "sync"
   "testing"
   "time"
)

var done = false

func read(name string, c *sync.Cond) {
   c.L.Lock()
   for !done {
      c.Wait()
   }
   log.Println(name, "starts reading")
   c.L.Unlock()
}

func write(name string, c *sync.Cond) {
   log.Println(name, "starts writing")
   time.Sleep(time.Second)
   c.L.Lock()
   done = true
   c.L.Unlock()
   log.Println(name, "wakes all")
   c.Broadcast()
}

func TestSyncCond(t *testing.T) {
   cond := sync.NewCond(&sync.Mutex{})

   go read("reader1", cond)
   go read("reader2", cond)
   go read("reader3", cond)
   write("writer", cond)

   time.Sleep(time.Second * 3)
}

运行结果

=== RUN   TestSyncCond
2021/08/26 11:06:48 writer starts writing
2021/08/26 11:06:49 writer wakes all
2021/08/26 11:06:49 reader3 starts reading
2021/08/26 11:06:49 reader2 starts reading
2021/08/26 11:06:49 reader1 starts reading
--- PASS: TestSyncCond (4.01s)
PASS

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