diff --git a/_posts/2020-05-30-golang-critical-resource.md b/_posts/2020-05-30-golang-critical-resource.md new file mode 100644 index 0000000..d2bedda --- /dev/null +++ b/_posts/2020-05-30-golang-critical-resource.md @@ -0,0 +1,140 @@ +--- +layout: post +title: "Golang:临界资源安全问题" +date: 2020-05-30 10:01:08 +author: "Viletyy" +header-style: text +tags: + - Golang + - 代码安全 +--- +### 临界资源 +指并发环境中多个进程/线程/协程贡献的资源。 + +但是在并发编程中对临界资源的处理不当,往往会导致数据不一致的问题。 + +#### 示例代码 +```go +package main + +import ( + "fmt" + "time" +) + +func main() { + a := 1 + go func() { + a = 2 + fmt.Println("子goroutine。。", a) + }() + a = 3 + time.Sleep(1) + fmt.Println("main goroutine..", a) +} +``` + +### 临界资源安全问题 +并发本身并不复杂,但是因为有了资源竞争的问题,就使我们开发出好的并发程序变得复杂起来,因为会引起很多莫名其妙的问题。 + +如果多个goroutine在访问同一个数据资源的时候,其中一个线程修改了数据,那么这个数值就被修改了,对于其他的goroutine来讲,这个数值可能是错误的。 + +举个例子。我们通过并发来实现火车站售票这个功能。一共有100张票,4个售票口同时出售 + +#### 示例代码 +```go +package main + +import ( + "fmt" + "math/rand" + "time" +) + +// 全局变量 +var ticket = 100 + +func main() { + // 4个goroutine,模拟4个售票口,4个子程序操作同一个共享数据。 + go saleTickets("售票口1") // g1, 100 + go saleTickets("售票口2") // g2, 100 + go saleTickets("售票口3") // g3, 100 + go saleTickets("售票口4") // g4, 100 + + time.Sleep(5*time.Second) +} + +func saleTickets(name string) { + rand.Seed(time.Now().UnixNano()) + for { + if ticket > 0 { + // 睡眠 + time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1000)) * time.Millisecond) + // g1, g3, g2, g4 + fmt.Println(name, "售出:", ticket) + ticket-- + } else { + fmt.Println(name, "售罄,没有票了。。") + break + } + } +} +``` +为了更好的观察临界资源问题,每个goroutine先睡眠一个随机数,然后再售票,发现程序的运行结果,还可以卖出编号为负数的票。 +#### 分析 +我们买票逻辑是先判断票数的编号是否为负数,如果大于0,然后我们就进行卖票,只不过在卖票先睡眠,然后再卖,假如说此时已经卖票到只剩一张票了,某一个goroutine持有了CPU的时间片,那么它在判断是否有票的时候,条件是成立的,所以它可以卖票编号为1的最后一张票。但是因为它在卖之前,先睡眠了,那么其他的goroutine就会持有CPU的时间片,而此时这张票还没有被卖出,那么第二个gotoutine再判断是否有票的时候,条件也是成立的,那么它也可以卖出这张票,然后它也进入了睡眠。其他的第三个第四个goroutine都是这样的逻辑,当某个goroutine醒来的时候,不会再判断是否有票,而是直接售出了,这样就卖出最后一张票了,然而其他的goroutine醒来的时候就会陆续卖出第0张,-1张,-2张。 + +这就是临界资源的不安全问题。某一个goroutine在访问某个数据资源的时候,按照数值,已经判断好了条件,然后又被其他的goroutine抢占了资源,并修改了数值,等这个goroutine再继续访问这个数据的时候,数值已经不对了。 + +### 临界资源安全问题的解决 +要想解决临界资源安全的问题,很多编程语言的解决方案都是同步。通过上锁的方式,某一个时间段,只能允许一个goroutine来访问这个共享数据,当前goroutine访问完毕,解锁后,其他的goroutine才能访问。 +#### 借助sync包下的锁操作 +```go +package main + +import ( + "fmt" + "math/rand" + "time" + "sync" +) + +var ticket = 10 + +var wg sync.WaitGroup +var matex sync.Mutex // 创建锁头 + +func main() { + wg.Add(4) + go saleTickets("售票口1") + go saleTickets("售票口2") + go saleTickets("售票口3") + go saleTickets("售票口4") + wg.Wait() +} + +func saleTickets(name string) { + rand.Seed(time.Now().UnixNano()) + defer wg.Done() + for { + matex.Lock() + if ticket > 0 { + time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1000)) * time.Millisecond) + fmt.Println(name, "售出:", ticket) + ticket-- + } else { + matex.Unlock() + fmt.Println(name, "售罄,没有票了。。") + break + } + } + matex.Unlock() +} +``` + +### 写在最后 +> 不要以共享内存的方式去通信,而要以通信的方式去共享内存。 + +在Go语言中并不鼓励用锁保护共享状态的方式在不同的Goroutine中分享信息(以共享内存的方式去通信)。而是鼓励通过**channel**将共享状态或共享状态的变化在各个Goroutine直接传递(以通信的方式去共享内存),这样同样能像用锁一样保证在同一个时间只有一个Goroutine访问共享状态 + +当然,在主流的编程语言中未来保证多线程直接共享数据安全性和一致性,都会提供一套基本的同步工具集,如锁,条件变量,原子操作等等。Go语言标准库也毫不意外的提供了这些同步机制,使用方式也和其他语言也差不多。 \ No newline at end of file