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Golang源码分析之golang/sync之singleflight

news 来源：原创 2024/5/20 10:42:25

1.1. 项目介绍

golang/sync库拓展了官方自带的sync库，提供了errgroup、semaphore、singleflight及syncmap四个包，本次分析singlefliht的源代码。
singlefliht用于解决单机协程并发调用下的重复调用问题，常与缓存一起使用，避免缓存击穿。

1.2.使用方法

go get -u golang.org/x/sync

核心API：Do、DoChan、Forget
Do：同一时刻对某个Key方法的调用，只能由一个协程完成，其余协程阻塞直到该协程执行成功后，直接获取其生成的值，以下是一个避免缓存击穿的常见使用方法：

func main() {var flight singleflight.Groupvar errGroup errgroup.Group// 模拟并发获取数据缓存for i := 0; i < 10; i++ {i := ierrGroup.Go(func() error {fmt.Printf("协程%v准备获取缓存\n", i)v, err, shared := flight.Do("getCache", func() (interface{}, error) {// 模拟获取缓存操作fmt.Printf("协程%v正在读数据库获取缓存\n", i)time.Sleep(100 * time.Millisecond)fmt.Printf("协程%v读取数据库生成缓存成功\n", i)return "mockCache", nil})if err != nil {fmt.Printf("err = %v", err)return err}fmt.Printf("协程%v获取缓存成功, v = %v, shared = %v\n", i, v, shared)return nil})}if err := errGroup.Wait(); err != nil {fmt.Printf("errGroup wait err = %v", err)}
}
// 输出：只有0号协程实际生成了缓存，其余协程读取生成的结果
协程0准备获取缓存
协程4准备获取缓存
协程3准备获取缓存
协程2准备获取缓存
协程6准备获取缓存
协程5准备获取缓存
协程7准备获取缓存
协程1准备获取缓存
协程8准备获取缓存
协程9准备获取缓存
协程0正在读数据库获取缓存
协程0读取数据库生成缓存成功
协程0获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程8获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程2获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程6获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程5获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程7获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程9获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程1获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程4获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程3获取缓存成功, v = mockCache, shared = true

DoChan：将执行结果返回到通道中，可通过监听通道结果获取方法执行值，这个方法相较于Do来说的区别是执行DoChan后不会阻塞到其中一个协程完成任务，而是异步执行任务，最后需要结果时直接从通道中获取，避免长时间等待。

func testDoChan() {var flight singleflight.Groupvar errGroup errgroup.Group// 模拟并发获取数据缓存for i :=; i < 10; i++ {i := ierrGroup.Go(func() error {fmt.Printf("协程%v准备获取缓存\n", i)ch := flight.DoChan("getCache", func() (interface{}, error) {// 模拟获取缓存操作fmt.Printf("协程%v正在读数据库获取缓存\n", i)time.Sleep( * time.Millisecond)fmt.Printf("协程%v读取数据库获取缓存成功\n", i)return "mockCache", nil})res := <-chif res.Err != nil {fmt.Printf("err = %v", res.Err)return res.Err}fmt.Printf("协程%v获取缓存成功, v = %v, shared = %v\n", i, res.Val, res.Shared)return nil})}if err := errGroup.Wait(); err != nil {fmt.Printf("errGroup wait err = %v", err)}
}
// 输出结果
协程准备获取缓存
协程准备获取缓存
协程准备获取缓存
协程准备获取缓存
协程准备获取缓存
协程准备获取缓存
协程准备获取缓存
协程准备获取缓存
协程准备获取缓存
协程正在读数据库获取缓存
协程读取数据库获取缓存成功
协程准备获取缓存
协程获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程获取缓存成功, v = mockCache, shared = true
协程获取缓存成功, v = mockCache, shared = true

2.源码分析

2.1.项目结构

singleflight.go：核心实现，提供相关API
singleflight_test.go：相关API单元测试

2.2.数据结构

singleflight.go

// singleflight.Group
type Group struct {mu sync.Mutex       // map的锁m  map[string]*call // 保存每个key的调用
}// 一次Do对应的响应结果
type Result struct {Val    interface{}Err    errorShared bool
}// 一个key会对应一个call
type call struct {wg sync.WaitGroupval interface{} // 保存调用的结果err error       // 调用出现的err// 该call被调用的次数dups  int// 每次DoChan时都会追加一个chan在该列表chans []chan<- Result
}

2.3.API代码流程

func (g *Group) Do(key string, fn func() (interface{}, error)) (v interface{}, err error, shared bool)

func (g *Group) Do(key string, fn func() (interface{}, error)) (v interface{}, err error, shared bool) {g.mu.Lock()if g.m == nil {// 第一次执行Do的时候创建mapg.m = make(map[string]*call)}// 已经存在该key，对应后续的并发调用if c, ok := g.m[key]; ok {// 执行次数自增c.dups++g.mu.Unlock()// 等待执行fn的协程完成c.wg.Wait()// ...// 返回执行结果return c.val, c.err, true}// 不存在该key，说明第一次调用，初始化一个callc := new(call)// wg添加，后续其他协程在该wg上阻塞c.wg.Add()// 保存key和call的关系g.m[key] = cg.mu.Unlock()// 真正执行fn函数g.doCall(c, key, fn)return c.val, c.err, c.dups >
}func (g *Group) doCall(c *call, key string, fn func() (interface{}, error)) {normalReturn := falserecovered := false// 第三步、最后的设置和清理工作defer func() {// ...g.mu.Lock()defer g.mu.Unlock()// 执行完成，调用wg.Done，其他协程此时不再阻塞，读到fn执行结果c.wg.Done()// 二次校验map中key的值是否为当前call，并删除该keyif g.m[key] == c {delete(g.m, key)}// ...// 如果c.chans存在，则遍历并写入执行结果for _, ch := range c.chans {ch <- Result{c.val, c.err, c.dups >}}}}()// 第一步、执行fn获取结果func() {//、如果fn执行过程中panic，将c.err设置为PanicErrordefer func() {if !normalReturn {if r := recover(); r != nil {c.err = newPanicError(r)}}}()//、执行fn，获取到执行结果c.val, c.err = fn()//、设置正常返回结果标识normalReturn = true}()// 第二步、fn执行出错，将recovered标识设置为trueif !normalReturn {recovered = true}
}

func (g *Group) DoChan(key string, fn func() (interface{}, error)) <-chan Result

func (g *Group) DoChan(key string, fn func() (interface{}, error)) <-chan Result {// 一次调用对应一个chanch := make(chan Result,)g.mu.Lock()if g.m == nil {// 第一次调用，初始化mapg.m = make(map[string]*call)}// 后续调用，已存在keyif c, ok := g.m[key]; ok {// 调用次数自增c.dups++// 将chan添加到chans列表c.chans = append(c.chans, ch)g.mu.Unlock()// 直接返回chan，不等待fn执行完成return ch}// 第一次调用，初始化call及chans列表c := &call{chans: []chan<- Result{ch}}// wg加一c.wg.Add()// 保存key及call的关系g.m[key] = cg.mu.Unlock()// 异步执行fn函数go g.doCall(c, key, fn)// 直接返回该chanreturn ch
}

3.总结

singleflight经常和缓存获取配合使用，可以缓解缓存击穿问题，避免同一时刻单机大量的并发调用获取数据库构建缓存
singleflight的实现很精简，核心流程就是使用map保存每次调用的key与call的映射关系，每个call中通过wg控制只存在一个协程执行fn函数，其他协程等待执行完成后，直接获取执行结果，在执行完成后会删去map中的key
singleflight的Do方法会阻塞直到fn执行完成，DoChan方法不会阻塞，而是异步执行fn，并通过通道来实现结果的通知