Go 语言中的 Cond 机制详解

概述

在并发编程中，条件同步是一个常见的需求。Go 语言提供了 sync.Cond 类型来满足这一需求。sync.Cond 基于互斥锁（sync.Mutex）提供了条件变量的同步机制，允许一组 goroutine 在满足某个条件时进行阻塞等待，或者在条件不再满足时被唤醒。

核心概念

• 互斥锁（Mutex）：sync.Cond 内部使用了一个互斥锁来保证操作的原子性。
• 条件变量（Cond）：条件变量是一个同步机制，用于阻塞一组 goroutine 直到某个条件成立。
• 等待（Wait）：当条件不满足时，goroutine 会调用 Wait 方法进入等待状态。
• 通知（Signal）：当条件可能已经满足时，可以调用 Signal 或 Broadcast 方法来唤醒一个或所有等待的 goroutine。

使用步骤

1. 初始化 Cond：创建一个 sync.Cond 实例，通常需要传入一个 sync.Mutex 或 sync.RWMutex。

   cond := sync.NewCond(&sync.Mutex{})
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2. 等待条件：在条件不满足时，goroutine 会进入等待状态，释放互斥锁，并阻塞。

   cond.L.Lock() // 进入临界区
   defer cond.L.Unlock()
   for !condition {
       cond.Wait() // 等待条件满足
   }
   // 执行条件满足后的操作
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3. 通知等待者：当条件满足时，需要通知等待的 goroutine。

   cond.Signal() // 唤醒一个等待的 goroutine
   // 或者
   cond.Broadcast() // 唤醒所有等待的 goroutine
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示例

以下是一个使用 sync.Cond 的简单示例，模拟了一个生产者-消费者问题：

package main

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

func main() {
	var m sync.Mutex
	var cond *sync.Cond = sync.NewCond(&m)
	var count int

	// 消费者 goroutine
	go func() {
		for {
			m.Lock()
			for count < 5 {
				cond.Wait() // 等待条件满足
			}
			fmt.Println("Consumed:", count)
			count--
			m.Unlock()
			time.Sleep(1 * time.Second)
		}
	}()

	// 生产者 goroutine
	go func() {
		for i := 0; i < 10; i++ {
			m.Lock()
			for count >= 5 {
				cond.Wait() // 等待条件满足
			}
			count++
			fmt.Println("Produced:", i+1)
			m.Unlock()
			cond.Signal() // 通知消费者
			time.Sleep(1 * time.Second)
		}
	}()

	time.Sleep(20 * time.Second)
}
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注意事项

• 死锁：在使用 sync.Cond 时，如果不恰当地使用互斥锁，可能会导致死锁。
• 竞态条件：确保在调用 Wait、Signal 或 Broadcast 前正确地持有互斥锁。
• 并发安全：sync.Cond 并不是完全并发安全的，它依赖于外部的互斥锁来保证并发安全。

结论

sync.Cond 是 Go 语言中处理条件同步的有效工具。通过合理使用 sync.Cond，可以编写出高效且易于理解的并发代码。然而，正确地使用它需要对并发编程有深入的理解，以避免常见的并发问题，如死锁和竞态条件。