go sync包

官方文档：https://pkg.go.dev/sync

临界区

临界区(critical section)是指包含有共享数据的一段代码，这些代码可能被多个线程访问
或修改。临界区的存在就是为了保证当有一个线程在临界区内执行的时候，不能有其他任何线程被允许在临界区执行。
每个临界区都有相应的进入区（entry section）和退出区（exit section），可以按图 2.3方式表示。
在这里插入图片描述
设想有 A,B 两个线程执行同一段代码，则在任意时刻至多只能有一个线程在执行临界区内的代码。即，如果 A 线程正在临界区执行，B 线程则只能在进入区等待。只有当 A 线程执行完临界区的代码并退出临界区，原先处于等待状态的 B 线程才能继续向下执行并进入临界区。

如果只有一个主线程，输入结果正常

package main

import "fmt"

var x = 0

func main() {
    
    
    for i := 0; i < 10000; i++ {
    
    
        x = x + 1
    }
    for i := 0; i < 10000; i++ {
    
    
        x = x + 1
    }
    fmt.Printf("x value is %d\n", x)
}

输出结果：x value is 20000，符合预期

改为多协程访问，代码如下

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var x = 0
var wg sync.WaitGroup

func add() {
    
    
    for i := 0; i < 10000; i++ {
    
    
        x = x + 1
    }
    wg.Done()
}
func main() {
    
    
    wg.Add(2)
    go add()
    go add()
    wg.Wait()
    fmt.Printf("x value is %d\n", x)
}

输入结果：x value is 12718（每次执行不一样）, 不符合预期
原因分析：
x = x + 1

首先获得x的值
计算 x + 1
把步骤2的计算结果赋值给 x

假设a、b 2个协程拿到的x值都是99，当a协程进行步骤2时，b协程进行到步骤3，b协程把步骤2的值100给了x，a又重新把步骤2的值100给x，把b协程的值覆盖掉。导致x的值99经过2次加1是100而不是期望的101。

互斥锁

互斥锁（英语：Mutual exclusion，缩写 Mutex）是一种用于多线程编程中，防止两条线程同时对同一公共资源（比如全局变量）进行读写的机制。该目的通过将代码切片成一个一个的临界区域（critical section）达成。
sync.Mutex定义了两个方法：Lock和 Unlock。所有在 Lock 和 Unlock 之间的代码，都只能由一个 Go 协程执行，于是就可以避免竞态条件。
改进后的程序如下

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var x = 0
var mutex sync.Mutex
var wg sync.WaitGroup

func add() {
    
    
    for i := 0; i < 10000; i++ {
    
    
        mutex.Lock()
        x = x + 1
        mutex.Unlock()
    }
    wg.Done()
}
func main() {
    
    
    wg.Add(2)
    go add()
    go add()
    wg.Wait()
    fmt.Printf("x value is %d\n", x)
}

每次输出结果：x value is 20000，符合预期。

读写锁

读操作可并发重入，写操作是互斥的。这意味着多个线程可以同时读数据，但写数据时需要获得一个独占的锁。当写者写数据时，其它写者或读者需要等待，直到这个写者完成写操作。读写锁在Go语言中使用sync包中的RWMutex类型。

读写锁优先级策略

读写锁可以有不同的操作模式优先级：

读操作优先锁：提供了最大并发性，但在锁竞争比较激烈的情况下，可能会导致写操作饥饿。这是由于只要还有一个读线程持锁，写线程就拿不到锁。多个读者可以立刻拿到锁，这意味着一个写者可能一直在等锁，期间新的读者一直可以拿到锁。极端情况下，写者线程可能会一直等锁，直到所有一开始就拿到锁的读者释放锁。读者的可以是弱优先级的，如前文所述，也可以是强优先级的，即只要写者释放锁，任何等待的读者总能先拿到。
写操作优先锁：如果队列中有写者在等锁，则阻止任何新读者拿锁，来避免了写操作饥饿的问题。一旦所有已经开始的读操作完成，等待的写操作立即获得锁。和读操作优先锁相比，写操作优先锁的不足在于在写者存在的情况下并发度低。内部实现需要两把互斥锁。
未指定优先级锁：不提供任何读/写的优先级保证。

Go 读写锁（sync.RWMutex）不会导致写操作饥饿。读写锁允许多个 goroutine 同时读取共享资源，但只有一个 goroutine 可以进行写操作。当有写操作等待时，读操作会被阻塞，直到写操作完成。这样可以保证写操作不会被无限期地延迟，从而避免了写操作饥饿的问题。同时，读写锁还支持优先级反转，即当有写操作等待时，新的读操作也会被阻塞，以确保写操作尽快得到执行。

RWMutex在某一时刻只能由任意数量的reader持有，或者是只被单个的writer持有。
Lock/Unlock：写操作时调用的方法。如果锁已经被reader或者writer持有，那么，Lock方法会一直阻塞，直到能获取到锁；Unlock则是配对的释放锁的方法。
RLock/RUnlock：读操作时调用的方法。如果锁已经被writer持有的话，RLock方法会一直阻塞，直到能获取到锁，否则就直接返回；而RUnlock是reader释放锁的方法。
RLocker：这个方法的作用是为读操作返回一个Locker接口的对象。它的Lock方法会调用RWMutex的RLock方法，它的Unlock方法会调用RWMutex的RUnlock方法。
读写锁优势是在读多写少的情况，举例如下：

// 使用互斥锁
package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

var x = 10
var wg sync.WaitGroup

var mutex sync.Mutex

func write() {
    
    
    mutex.Lock()
    time.Sleep(1 * time.Millisecond) // 模拟写耗时1毫秒
    x = x + 1
    mutex.Unlock()
    wg.Done()

}
func read() {
    
    
    mutex.Lock()
    time.Sleep(time.Millisecond) // 模拟读耗时1毫秒
    mutex.Unlock()
    wg.Done()

}
func main() {
    
    
    // 统计开始时间
    time1 := time.Now()
    // 开10个协程写
    for i := 0; i < 10; i++ {
    
    
        wg.Add(1)
        go write()
    }
    // 开1000个协程读
    for i := 0; i < 1000; i++ {
    
    
        wg.Add(1)
        go read()
    }

    wg.Wait()
    fmt.Println("x最终值为：", x)
    // 统计结束时间
    time2 := time.Now()
    fmt.Printf("总共耗时：%v\n", time2.Sub(time1)) // 结束时间-开始时间
}

输入结果如下：
x最终值为： 20
总共耗时：15.7080693s

// 使用读写锁
package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

var x = 10
var wg sync.WaitGroup

var rwMutex sync.RWMutex

func write() {
    
    
    rwMutex.Lock()                   // 写锁都用Lock
    time.Sleep(1 * time.Millisecond) // 模拟写耗时1毫秒
    x = x + 1
    rwMutex.Unlock()
    wg.Done()

}
func read() {
    
    
    rwMutex.RLock()              // 读锁用RLock
    time.Sleep(time.Millisecond) // 模拟读耗时1毫秒
    rwMutex.RUnlock()
    wg.Done()

}

func main() {
    
    
    // 统计开始时间
    time1 := time.Now()
    // 开10个协程写
    for i := 0; i < 10; i++ {
    
    
        wg.Add(1)
        go write()
    }
    // 开1000个协程读
    for i := 0; i < 1000; i++ {
    
    
        wg.Add(1)
        go read()
    }

    wg.Wait()
    fmt.Println("x最终值为：", x)
    // 统计结束时间
    time2 := time.Now()
    fmt.Printf("总共耗时：%v\n", time2.Sub(time1)) // 结束时间-开始时间
}

输出结果如下：
x最终值为： 20
总共耗时：155.8851ms

sync.WaitGroup

请参考：https://blog.csdn.net/weixin_37909391/article/details/130853859

sync.Once

sync.Once只有一个方法，签名如下

func (o *Once) Do(f func())

当且仅当 Do 是第一次为 Once 的实例调用时，Do 才调用函数 f。
如果 once.Do(f) 被多次调用，只有第一次调用会调用 f，即使 f 在每次调用中都有不同的值。每个要执行的函数都需要一个新的 Once 实例。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    
    
    var once sync.Once
    onceBody := func() {
    
    
        fmt.Println("Only once")
    }
    done := make(chan bool)
    for i := 0; i < 10; i++ {
    
    
        go func() {
    
    
            once.Do(onceBody)
            done <- true
        }()
    }
    for i := 0; i < 10; i++ {
    
    
        <-done
    }
}

结果：Only once

sync.Map

多个goroutine中同时读（没有写操作）同一个map不会导致数据竞争和并发访问的问题。因此，在只有读取操作的情况下，也可以直接使用原始的map，而不必担心并发访问的问题。

方法	说明
func (m *Map) CompareAndDelete(key, old any) (deleted bool)	少用，略
func (m *Map) CompareAndSwap(key, old, new any) bool	少用，略
func (m *Map) Delete(key any)	Delete 删除键的值。
func (m *Map) Load(key any) (value any, ok bool)	Load 返回存储在映射中的键值，如果不存在值则返回 nil。 ok 结果表明是否在map中找到了值。
func (m *Map) LoadAndDelete(key any) (value any, loaded bool)	LoadAndDelete 删除键的值，返回以前的值（如果有）。加载的结果报告密钥是否存在。
func (m *Map) LoadOrStore(key, value any) (actual any, loaded bool)	LoadOrStore 返回键的现有值（如果存在）。否则，它存储并返回给定的值。如果值已加载，则加载结果为 true，如果已存储，则为 false。
func (m *Map) Range(f func(key, value any) bool)	Range 依次为映射中存在的每个键和值调用 f。如果 f 返回 false，则 range 停止迭代。
func (m *Map) Store(key, value any)	Store 设置键的值。
func (m *Map) Swap(key, value any) (previous any, loaded bool)	少用，略

需要注意的是，由于 sync.Map 内部使用了一些技巧来实现并发安全，因此它的一些方法可能会比普通的 map 操作更慢。在性能要求较高的场景中，可以考虑使用其他的并发安全的数据结构，如 sync.Pool、atomic.Value 等。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var m = make(map[int]int)

func main() {
    
    
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 20; i++ {
    
    
        wg.Add(1)
        go func(n int) {
    
    
            m[n] = n * 10
            fmt.Printf("key为：%d，value为：%d\n", n, m[n])
            wg.Done()
        }(i)
    }
    wg.Wait()
    // panic：fatal error: concurrent map writes
}

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var m = sync.Map{
    
    }

func main() {
    
    
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 20; i++ {
    
    
        wg.Add(1)
        go func(n int) {
    
    
            m.Store(n, n*10)
            res, _ := m.Load(n)
            fmt.Printf("key为：%d，value为：%d\n", n, res)
            wg.Done()
        }(i)
    }
    wg.Wait()
}

结果如下：
key为：0，value为：0
key为：19，value为：190
key为：5，value为：50
key为：6，value为：60
key为：7，value为：70
key为：4，value为：40
key为：8，value为：80
key为：9，value为：90
key为：10，value为：100
key为：11，value为：110
key为：3，value为：30
key为：12，value为：120
key为：15，value为：150
key为：13，value为：130
key为：18，value为：180
key为：14，value为：140
key为：17，value为：170
key为：1，value为：10
key为：16，value为：160
key为：2，value为：20

临界区

互斥锁

读写锁

读写锁优先级策略

sync.WaitGroup

sync.Once

sync.Map

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