Примитивы синхронизации в Go

Изучаем Mutex, WaitGroup и Once с примерами

В данной статье кратко рассмотрим некоторые конструкции низкоуровневой синхронизации, которые наряду с горутинами и каналами предлагает нам один из самых популярных стандартных библиотечных пакетов Go, а именно пакет sync. Таких конструкций очень много, а мы изучим лишь три из них, зато с примерами: WaitGroup, Mutex и Once. 

Примеры кода можно найти на GitHub. Поехали!

WaitGroup

WaitGroup используется для координации в случае, когда программе приходится ждать окончания работы нескольких горутин. Эта конструкция похожа на CountDownLatch в Java. Обратимся к примеру.

Предположим, нам нужно вывести список всех файлов нашего домашнего каталога одновременно. Используем WaitGroup для указания числа задач/горутин, завершения которых нам надо дождаться.

В данном случае оно совпадает с числом файлов/каталогов домашнего каталога. Используем Wait() для блокировки, пока счётчик WaitGroup не дойдёт до нуля.

...
func main() {
    homeDir, err := os.UserHomeDir()
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    filesInHomeDir, err := ioutil.ReadDir(homeDir)
    if err != nil {
        panic(err)
    }
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(len(filesInHomeDir))
    for _, file := range filesInHomeDir {
        go func(f os.FileInfo) {
            defer wg.Done()
        }(file)
    }
    wg.Wait()
}
...

Для выполнения этой программы понадобится:

curl https://raw.githubusercontent.com/abhirockzz/just-enough-go/master/sync/wait-group-example.go -o wait-group-example.go
go run wait-group-example.go

Под каждую os.FileInfo, которую мы находим в домашнем каталоге пользователя, создаётся горутина и при выводе её названия счётчик даёт отрицательное приращение с помощью этого Done. Выполнение завершается после того, как программа пробежится по всему содержимому домашнего каталога.

Мьютекс

Общий мьютекс — это блокировка с общим доступом, которая даёт возможность получать эксклюзивный доступ к тем или иным участкам кода. Далее в простом примере в функции incr мы используем общую/глобальную переменную accessCount.

func incr() {
    mu.Lock()
    defer mu.Unlock()
    accessCount = accessCount + 1
}

Обратите внимание, что функция incr защищена мьютексом, поэтому только одна горутина может иметь к ней доступ. Мы бросаем на неё несколько горутин.

loop := 500
for i := 1; i <= loop; i++ {
        go func(c int) {
            wg.Add(1)
            defer wg.Done()
            incr()
        }(i)
}

При выполнении результат здесь всегда будет один и тот же, т.е. Final = 500 (так как выполняются 500 итераций цикла for). Для выполнения программы понадобится:

curl https://raw.githubusercontent.com/abhirockzz/just-enough-go/master/sync/mutex-example.go -o mutex-example.go
go run mutex-example.go

Добавьте комментарий к следующим двум строчкам в функции incr (или удалите эти строчки):

mu.Lock()
defer mu.Unlock()

Запустите программу на локальном компьютере и снова выполните программу. Результат будет иной. Например, Final = 474.

Настоятельно рекомендую почитать о RWMutex. Это особая разновидность захвата, предполагающая параллельное чтение (несколько читателей: когда к одним и тем же данным имеют доступ несколько читающих потоков или горутин, как в нашем случае) и синхронизированные записи (один писатель: когда к данным имеет доступ только записывающий поток или горутина).

Once

Позволяет определить задачу для однократного выполнения за всё время работы программы. Содержит одну-единственную функцию Do, позволяющую передавать другую функцию для однократного применения. Вот вам пример:

Допустим, вы создаёте REST API с помощью пакета Go net/http и хотите, чтобы участок кода выполнялся только после вызова обработчика HTTP-данных (например, для соединения с базой данных).

Используем в коде once.Do: теперь можете быть уверены, что он выполнится только при первом вызове обработчика.

Вот как выглядит функция для однократного выполнения:

func oneTimeOp() {
    fmt.Println("one time op start")
    time.Sleep(3 * time.Second)
    fmt.Println("one time op started")
}

Видите этот once.Do(oneTimeOp)? Вот что мы делаем внутри нашего HTTP-обработчика!

func main() {
    http.HandleFunc("/", func(w http.ResponseWriter, r *http.Request) {
        fmt.Println("http handler start")
        once.Do(oneTimeOp)
        fmt.Println("http handler end")
        w.Write([]byte("done!"))
    })
    log.Fatal(http.ListenAndServe(":8080", nil))
}

Запускаем код и получаем доступ к конечной точке REST.

curl https://raw.githubusercontent.com/abhirockzz/just-enough-go/master/sync/once-example.go -o once-example.go
go run once-example.go

И с другого терминала:

curl localhost:8080
//результат - готово!

При первом доступе возврат функции будет немного медленным, и вы увидите следующие логи сервера:

http handler start
one time op start
one time op end
http handler end

При повторных запусках (сколько бы вы ни пытались) функция oneTimeOp не выполнится. Для подтверждения проверьте логи.

На этом пока всё.

Читайте также:

• Ловушка для горутины
• Что такого в языке Go?
• Интерфейсы в Go для повышения тестируемости кода

---

Перевод статьи Abhishek Gupta: Using Synchronization Primitives in Go