Go WaitGroup及Cond底层实现原理

Go WaitGroup及Cond底层实现原理

WaitGroup

WaitGroup是Golang提供的一个线程同步的工具，它可以使一个线程等待一组线程的完成操作。

实现原理

WaitGroup内部有一个计数器，初始值为0。每次调用Add方法，计数器就加1；每次调用Done方法，计数器就减1；每次调用Wait方法，它会阻塞等待计数器的值为0。

var wg sync.WaitGroup

func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)   // 计数器加1
        go func(wg *sync.WaitGroup) {
            defer wg.Done() // 计数器减1
            fmt.Println("Hello, World!")
        }(&wg)
    }
    wg.Wait()   // 等待计数器为0
}

示例

一个等待多个goroutine完成的例子：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    wg.Add(2)

    go func(wg *sync.WaitGroup) {
        defer wg.Done()
        fmt.Println("Routine 1")
    }(wg)

    go func(wg *sync.WaitGroup) {
        defer wg.Done()
        fmt.Println("Routine 2")
    }(wg)

    wg.Wait()
    fmt.Println("All routines are done!")
}

Cond

Cond是条件变量，是Go语言中一个比较底层的同步原语。它的作用是在多个goroutine之间协调调度执行。

实现原理

Cond是结合Mutex（锁）来使用的。开发人员可以使用Cond来等待或者触发某个事件的发生。当一个goroutine等待一个事件发生时，它会阻塞自己并释放Mutex锁，供其他的goroutine使用。当事件发生时，其他的goroutine可以通知正在等待的goroutine，使得它重新开始执行。

type Cond struct {
    noCopy noCopy

    L Locker // 互斥锁
    notify  notifyList
    checker copyChecker  // 用来检查复制
}

Cond类型内部包含一个互斥锁，一个通知列表（notifyList）和一个复制检查器（copyChecker）。

示例

下面是一个生产者/消费者模型的示例：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

var buffer []int
var bufferLock sync.Mutex
var bufferCond = sync.NewCond(&bufferLock)
var done = make(chan bool)

func producer() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        bufferLock.Lock()
        buffer = append(buffer, i)
        fmt.Println("Producing...", i)
        bufferLock.Unlock()

        bufferCond.Signal() // 唤醒一个消费者
    }
    done <- true
}

func consumer(id int) {
    for {
        bufferLock.Lock()
        for len(buffer) == 0 {
            bufferCond.Wait() // 挂起等待直到收到生产者的信号
        }
        value := buffer[0]
        buffer = buffer[1:]
        fmt.Printf("Consumer %d consuming %d\n", id, value)
        bufferLock.Unlock()
    }
}

func main() {
    for i := 0; i < 3; i++ {
        go consumer(i)
    }

    go producer()

    <-done
    fmt.Println("Done!")
}