Go并發(fā)編程之死鎖與活鎖是什么

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什么是死鎖、活鎖

什么是死鎖：就是在并發(fā)程序中，兩個(gè)或多個(gè)線程彼此等待對(duì)方完成操作，從而導(dǎo)致它們都被阻塞，并無(wú)限期地等待對(duì)方完成。這種情況下，程序會(huì)卡死，無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行。

什么是活鎖：就是程序一直在運(yùn)行，但是無(wú)法取得進(jìn)展。例如，在某些情況下，多個(gè)線程會(huì)爭(zhēng)奪同一個(gè)資源，然后每個(gè)線程都會(huì)釋放資源，以便其他線程可以使用它。但是，如果沒(méi)有正確的同步，這些線程可能會(huì)同時(shí)嘗試獲取該資源，然后再次釋放它。這可能導(dǎo)致線程在無(wú)限循環(huán)中運(yùn)行，卻無(wú)法取得進(jìn)展。

發(fā)生死鎖的案例分析

1.編寫(xiě)會(huì)發(fā)生死鎖的代碼：

package main

import (
 "fmt"
 "sync"
)

func main() {
 var mu sync.Mutex
 mu.Lock()
 defer mu.Unlock()

 wg := sync.WaitGroup{}
 wg.Add(1)
 go func() {
  fmt.Println("goroutine started")
  mu.Lock() // 在這里獲取了鎖
  fmt.Println("goroutine finished")
  mu.Unlock()
  wg.Done()
 }()

 wg.Wait()
}

運(yùn)行和輸出：

[root@workhost temp02]# go run main.go 
goroutine started
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock! # 錯(cuò)誤很明顯了，告訴你死鎖啦！

goroutine 1 [semacquire]:
sync.runtime_Semacquire(0xc000010030?)
        /usr/local/go/src/runtime/sema.go:62 +0x27
...
...

上面的代碼，使用 sync.Mutex 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)互斥鎖。主 goroutine 獲取了鎖，并啟動(dòng)了一個(gè)新的 goroutine。新 goroutine 也嘗試獲取鎖來(lái)執(zhí)行其任務(wù)。但是，由于主 goroutine 沒(méi)有釋放鎖，新 goroutine 將一直等待鎖，導(dǎo)致死鎖。

2.代碼改造

在上面的代碼中，可以通過(guò)將主 goroutine 中的 defer mu.Unlock() 移到 goroutine 函數(shù)中的 mu.Unlock() 后面來(lái)解決問(wèn)題。這樣，當(dāng) goroutine 獲取到鎖后，它可以在完成任務(wù)后釋放鎖，以便主 goroutine 可以繼續(xù)執(zhí)行。

改造后的代碼：

package main

import (
 "fmt"
 "sync"
)

func main() {
 var mu sync.Mutex
 mu.Lock()
 wg := sync.WaitGroup{}
 wg.Add(1)
 go func() {
  fmt.Println("goroutine started")
  mu.Lock() // 在這里獲取了鎖
  fmt.Println("goroutine finished")
  mu.Unlock()
  wg.Done()
 }()
 mu.Unlock() // 釋放鎖
 wg.Wait()
}

運(yùn)行和輸出：

[root@workhost temp02]# go run main.go 
goroutine started
goroutine finished

3.如何避免死鎖

在 Go 語(yǔ)言中，要避免死鎖，一定要清楚以下幾個(gè)規(guī)則：

• 避免嵌套鎖：在使用多個(gè)鎖時(shí)，確保它們的嵌套順序相同。否則，可能會(huì)出現(xiàn)循環(huán)等待的情況，導(dǎo)致死鎖。

• 避免無(wú)限等待：如果在獲取鎖時(shí)指定了超時(shí)時(shí)間，確保在超時(shí)后能夠處理錯(cuò)誤或執(zhí)行其他操作。

• 避免過(guò)度競(jìng)爭(zhēng)：如果多個(gè)協(xié)程需要訪問(wèn)相同的資源，請(qǐng)確保它們不會(huì)互相干擾?？梢允褂没コ怄i或讀寫(xiě)鎖等機(jī)制來(lái)解決競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。

• 使用通道：Go 語(yǔ)言中的通道可以用于協(xié)調(diào)并發(fā)操作。使用通道來(lái)傳遞消息和同步操作，可以避免死鎖和競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。

• 確保資源釋放：在使用鎖或其他資源時(shí)，一定要確保它們?cè)谑褂煤蟮玫结尫?，否則可能會(huì)導(dǎo)致死鎖。

• 使用 select 語(yǔ)句：在使用通道進(jìn)行并發(fā)操作時(shí)，可以使用 select 語(yǔ)句來(lái)避免死鎖。通過(guò) select 語(yǔ)句選擇多個(gè)通道中的一個(gè)進(jìn)行操作，可以避免在某個(gè)通道被阻塞時(shí)出現(xiàn)死鎖。

發(fā)生活鎖的案例分析

1.編寫(xiě)會(huì)發(fā)生活鎖的代碼：

package main

import (
 "fmt"
 "sync"
)

func main() {
 var wg sync.WaitGroup
 var mu sync.Mutex
 var flag bool

 wg.Add(2)

 // goroutine 1
 go func() {
  // 先獲取鎖資源
  fmt.Println("goroutine 1 獲取 mu")
  mu.Lock()
  defer mu.Unlock()

  // 然后等待 flag 變量的值變?yōu)?nbsp;true
  fmt.Println("goroutine 1 等待標(biāo)志")
  for !flag {
   // 不斷循環(huán)等待
  }

  // 最終輸出并釋放鎖資源
  fmt.Println("goroutine 1 從等待中釋放")
  wg.Done()
 }()

 // goroutine 2
 go func() {
  // 先獲取鎖資源
  fmt.Println("goroutine 2 獲取 mu")
  mu.Lock()
  defer mu.Unlock()

  // 然后等待 flag 變量的值變?yōu)?nbsp;true
  fmt.Println("GoRoutine2 等待標(biāo)志")
  for !flag {
   // 不斷循環(huán)等待
  }

  // 最終輸出并釋放鎖資源
  fmt.Println("GoRoutine 2 從等待中釋放")
  wg.Done()
 }()

 // 在主線程中等待 1 秒鐘，以便兩個(gè) goroutine 開(kāi)始等待 flag 變量的值
 // 然后將 flag 變量設(shè)置為 true
 // 由于兩個(gè) goroutine 會(huì)同時(shí)喚醒并嘗試獲取鎖資源，它們會(huì)相互等待
 // 最終導(dǎo)致了活鎖問(wèn)題，它們都無(wú)法向前推進(jìn)
 fmt.Println("主線程休眠 1 秒")
 fmt.Println("兩個(gè)goroutine都應(yīng)該等待標(biāo)志")
 flag = true
 wg.Wait()

 fmt.Println("所有 GoRoutines 已完成")
}

運(yùn)行和輸出：

[root@workhost temp02]# go run main.go 
主線程休眠 1 秒
兩個(gè)goroutine都應(yīng)該等待標(biāo)志
goroutine 2 獲取 mu
GoRoutine2 等待標(biāo)志
GoRoutine 2 從等待中釋放
goroutine 1 獲取 mu
goroutine 1 等待標(biāo)志
goroutine 1 從等待中釋放
所有 GoRoutines 已完成

上面的代碼存在活鎖問(wèn)題。如果兩個(gè)goroutine同時(shí)等待flag變?yōu)閠rue并且都已經(jīng)獲取了鎖資源，那么它們就會(huì)進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)并相互等待，無(wú)法繼續(xù)向前推進(jìn)。

2.代碼改造

改造后的代碼：

package main

import (
 "fmt"
 "runtime"
 "sync"
)

func main() {
 var wg sync.WaitGroup
 var mu sync.Mutex
 var flag bool

 wg.Add(2)

 // goroutine 1
 go func() {
  // 先獲取鎖資源
  fmt.Println("goroutine 1 獲取 mu")
  mu.Lock()
  defer mu.Unlock()

  // 然后等待 flag 變量的值變?yōu)?nbsp;true
  fmt.Println("goroutine 1 等待標(biāo)志")
  for !flag {
   runtime.Gosched() // 讓出時(shí)間片
  }

  // 最終輸出并釋放鎖資源
  fmt.Println("goroutine 1 從等待中釋放")
  wg.Done()
 }()

 // goroutine 2
 go func() {
  // 先獲取鎖資源
  fmt.Println("goroutine 2 獲取 mu")
  mu.Lock()
  defer mu.Unlock()

  // 然后等待 flag 變量的值變?yōu)?nbsp;true
  fmt.Println("GoRoutine2 等待標(biāo)志")
  for !flag {
   runtime.Gosched() // 讓出時(shí)間片
  }

  // 最終輸出并釋放鎖資源
  fmt.Println("GoRoutine 2 從等待中釋放")
  wg.Done()
 }()

 // 在主線程中等待 1 秒鐘，以便兩個(gè) goroutine 開(kāi)始等待 flag 變量的值
 // 然后將 flag 變量設(shè)置為 true
 // 由于兩個(gè) goroutine 會(huì)同時(shí)喚醒并嘗試獲取鎖資源，它們會(huì)相互等待
 // 最終導(dǎo)致了活鎖問(wèn)題，它們都無(wú)法向前推進(jìn)
 fmt.Println("主線程休眠 1 秒")
 fmt.Println("兩個(gè)goroutine都應(yīng)該等待標(biāo)志")
 flag = true
 wg.Wait()

 fmt.Println("所有 GoRoutines 已完成")
}

改造后的代碼在等待flag變量的循環(huán)中加入了讓出時(shí)間片的函數(shù) runtime.Gosched()，這樣兩個(gè)goroutine在等待期間可以放棄時(shí)間片，以便其他goroutine可以執(zhí)行并獲得鎖資源。這種方式可以有效地減少競(jìng)爭(zhēng)程度，從而避免了活鎖問(wèn)題。

3.如何避免發(fā)生活鎖的可能性

在 Go 語(yǔ)言的并發(fā)編程中，避免活鎖的關(guān)鍵是正確地實(shí)現(xiàn)同步機(jī)制。以下是一些避免活鎖的方法：

• 避免忙等待：使用 sync.Cond 或者 channel 等同步機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)等待。這樣避免了線程一直占用 CPU 資源而無(wú)法取得進(jìn)展的問(wèn)題。

• 避免死鎖：死鎖往往是活鎖的前提，因此正確地使用鎖和同步機(jī)制可以避免死鎖，從而避免活鎖。

• 減少鎖的粒度：盡可能將鎖的粒度縮小到最小范圍，避免鎖住不必要的代碼塊。

• 采用超時(shí)機(jī)制：使用 sync.Mutex 的 TryLock() 方法或者使用 select 語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)等待超時(shí)機(jī)制，這樣可以防止線程無(wú)限期等待。

• 合理設(shè)計(jì)并發(fā)模型：合理設(shè)計(jì)并發(fā)模型可以避免競(jìng)爭(zhēng)和饑餓等問(wèn)題，進(jìn)而避免活鎖的發(fā)生。

讀到這里，這篇“Go并發(fā)編程之死鎖與活鎖是什么”文章已經(jīng)介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識(shí)點(diǎn)還需要大家自己動(dòng)手實(shí)踐使用過(guò)才能領(lǐng)會(huì)，如果想了解更多相關(guān)內(nèi)容的文章，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。