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Golang 并发机制-2：Golang Goroutine 和竞争条件

article 2025/2/1 3:10:42

在今天的软件开发中，我们正在使用并发的概念，它允许一次执行多个任务。在Go编程中，理解Go例程是至关重要的。本文试图详细解释什么是例程，它们有多轻，通过简单地使用“go”关键字创建它们，以及可能出现的竞争条件和共享数据问题等主要同步困难。

Goroutine 介绍

Goroutine 是 Go 编程语言中并发编程的基本构建块。它本质上是一个轻量级的执行线程，在 Go 程序中与其他 Goroutine 并行运行。与其它编程语言中的传统线程不同，Goroutine 由 Go 运行时管理，在内存和 CPU 利用率方面都更高效。

性质与效率

Goroutine的突出特性之一是它们的轻量级特性。传统线程可能是资源密集型的，会消耗大量的内存和CPU资源。相比之下，gooutine非常高效，支持创建数千个这样的例程，而不会造成显著的开销。

Goroutine的效率源于它们能够跨较少数量的OS线程进行多路复用，并根据工作负载动态调整其分配。这意味着Go程序可以有效地利用多个内核和处理器，而不需要大量的手动线程管理。
在这里插入图片描述

Goroutine示例（‘ go ’关键字）

在Go中创建Goroutine非常简单，这要归功于“Go”关键字。当你在函数调用前加上‘ go ’时，go会创建新的gooutine来并发地执行该函数。

import (
    "fmt"
    "time"
)

func sayHello() {
    for i := 0; i < 5; i++ {
        fmt.Println("Hello, World!")
        time.Sleep(time.Millisecond * 500)
    }
}

func main() {
    go sayHello() // Start a new Goroutine
    time.Sleep(time.Second * 2)
    fmt.Println("Main function")
}

在上面的例子中，‘ sayHello ’函数与‘ main ’函数并发执行，使其成为在Go中利用并发性的一种简单而有效的方法。

竞争条件

虽然在并发编程中提供了许多优点，但它们也带来了必须小心管理的同步挑战

什么是竞态条件？

当多个Goroutine（轻量级线程）并发地访问共享数据，并且其中至少有一个需要修改数据时，就会出现竞争条件。竞争条件会导致不可预测的结果，因为执行顺序无法保证。它们可能导致数据损坏、崩溃或错误的程序行为。

竞态条件示例：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var sharedCounter int
var wg sync.WaitGroup

func increment() {
    for i := 0; i < 10000; i++ {
        sharedCounter++
    }
    wg.Done()
}

func main() {
    wg.Add(2)
    go increment()
    go increment()
    wg.Wait()
    fmt.Println("Shared Counter:", sharedCounter)
}

在本例中，两个goroutine在没有同步的情况下并发地增加‘ sharedCounter ’变量。这可能导致竞争条件，其中‘ sharedCounter ’的最终值是不可预测的，并且可能是不正确的。

假设 sharedCounter 的初始值为 0，两个 goroutine 同时读取到 0，然后分别加 1 并写回内存，最终 sharedCounter 的值会是 1 而不是 2。为了避免竞争条件，可以使用同步机制，如互斥锁（sync.Mutex）来保护对共享资源的访问。

规避竞争条件

为了消除Go中的竞争条件，你可以使用同步原语，例如互斥锁（互斥锁的简称）。互斥锁确保一次只有一个程序可以访问代码的关键部分。下面是上一个例子的更新版本，使用互斥锁进行正确的同步：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var sharedCounter int
var wg sync.WaitGroup
var mu sync.Mutex

func increment() {
    for i := 0; i < 10000; i++ {
        mu.Lock()
        sharedCounter++
        mu.Unlock()
    }
    wg.Done()
}

func main() {
    wg.Add(2)
    go increment()
    go increment()
    wg.Wait()
    fmt.Println("Shared Counter:", sharedCounter)
}