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条件变量的使用(golang)

news 来源：原创 2024/5/16 15:41:47

1、背景

最近在学习go的一个开源协程池，在源码中有用到锁、信号量，锁相对来说用的是比较多的，信号量相对用的较少，之前研究学习过c++的std::condition_variable，其实和golang的大同小异，个人感觉c++的略强大一些，其wait有两个重载，第二个语法糖的实现主要是为了防止虚假唤醒。

2、介绍

条件变量的使用场景是，当满足某个条件时，触发某个动作，类似于排队打饭或者挂号看病，当医生或者打饭员准备好后，就触发看病或者打饭的动作。

条件变量有三个函数：

con.Wait()

该函数会将当前协程放入等待队列并阻塞，直到Signal或Broadcast方法将协程从等待队列中移除并唤醒。

con.Signal()

唤醒等待队列中的一个子协程，先唤醒最先阻塞的子协程，被唤醒之后，子协程继续执行。

con.Broadcast()

Broadcast功能类似Signal，不同的是signal只唤醒一个子协程，而broadcast是唤醒所有阻塞的子协程。

3、使用示例

3.1 signal

我们就以在食堂排队打饭为例子，假如本次排队有10位同学排队，这10位同学分别编号为0-9号(就不具体起名字了)，当打饭师傅准备好后，就开始排队打饭，示例代码如下：

package mainimport ("fmt""sync""time"
)func DaFan(x int, num *int, wg *sync.WaitGroup, cond *sync.Cond) {defer wg.Done()// 当有一个lock成功后，其他协程阻塞在这里cond.L.Lock()*num++fmt.Println("学号为:", x, "的同学排到了第:", *num, "位")cond.Wait()fmt.Println("学号为:", x, "的同学打饭了")cond.L.Unlock()
}
func main() {var wg sync.WaitGroupnum := 0var lock sync.Mutexcon := sync.NewCond(&lock)for i := 0; i < 10; i++ {wg.Add(1)go DaFan(i, &num, &wg, con)}// 模拟打饭准备time.Sleep(5 * time.Second)// 循环通知这10位同学打饭for i := 0; i < 10; i++ {con.Signal()// 打饭耗时1秒time.Sleep(1 * time.Second)}wg.Wait()
}

上面代码运行结果如下：

3.2 broadcast

broadcast为广播，好比将军一声令下，所有士兵齐刷刷的冲向敌阵，broadcast的应用场景如下：

将军下令，要求全部将士在10s内修整完成，15s后发起总攻，假如我们有十个兵团，分别为1-10号：

package mainimport ("fmt""math/rand""sync""time"
)func GeneralAttack(x int, num *int, wg *sync.WaitGroup, cond *sync.Cond) {defer wg.Done()// 随机一个10秒内的时间用于修整time.Sleep(time.Second * time.Duration(rand.Intn(10)))fmt.Println("兵团", x+1, "在", time.Now().Format("2006-01-02 15:04:05"), "准备完毕，等待总攻")cond.L.Lock()// 准备完毕，等待教练发令cond.Wait()cond.L.Unlock()fmt.Println("兵团", x+1, "开始发起总攻", time.Now().Format("2006-01-02 15:04:05"))
}
func main() {var wg sync.WaitGroupnum := 0var lock sync.Mutexcon := sync.NewCond(&lock)fmt.Println("将军下令，开始修整:", time.Now().Format("2006-01-02 15:04:05"), ",15s后开始总攻")for i := 0; i < 10; i++ {wg.Add(1)go GeneralAttack(i, &num, &wg, con)}// 等待发起总攻time.Sleep(15 * time.Second)fmt.Println("将军下令，开始总攻:", time.Now().Format("2006-01-02 15:04:05"))// 发起总攻con.Broadcast()wg.Wait()
}

运行记录：

liupeng@liupengdeMacBook-Pro test % go run main.go
将军下令，开始修整: 2024-04-06 21:04:32 ,15s后开始总攻
兵团 2 在 2024-04-06 21:04:32 准备完毕，等待总攻
兵团 1 在 2024-04-06 21:04:32 准备完毕，等待总攻
兵团 4 在 2024-04-06 21:04:33 准备完毕，等待总攻
兵团 9 在 2024-04-06 21:04:33 准备完毕，等待总攻
兵团 6 在 2024-04-06 21:04:37 准备完毕，等待总攻
兵团 3 在 2024-04-06 21:04:38 准备完毕，等待总攻
兵团 8 在 2024-04-06 21:04:39 准备完毕，等待总攻
兵团 10 在 2024-04-06 21:04:39 准备完毕，等待总攻
兵团 5 在 2024-04-06 21:04:40 准备完毕，等待总攻
兵团 7 在 2024-04-06 21:04:41 准备完毕，等待总攻
将军下令，开始总攻: 2024-04-06 21:04:47
兵团 6 开始发起总攻 2024-04-06 21:04:47
兵团 7 开始发起总攻 2024-04-06 21:04:47
兵团 2 开始发起总攻 2024-04-06 21:04:47
兵团 3 开始发起总攻 2024-04-06 21:04:47
兵团 8 开始发起总攻 2024-04-06 21:04:47
兵团 10 开始发起总攻 2024-04-06 21:04:47
兵团 5 开始发起总攻 2024-04-06 21:04:47
兵团 1 开始发起总攻 2024-04-06 21:04:47
兵团 9 开始发起总攻 2024-04-06 21:04:47
兵团 4 开始发起总攻 2024-04-06 21:04:47
liupeng@liupengdeMacBook-Pro test %

如上运行记录，十个兵团在10s内准备完毕，准备完成后等待将军下令发起总攻，每个兵团就是一个协程，并行开始准备，现实情况也是如此，每个兵团准备时间不同，但都在上级要求的时间内准备完成，之后等待将军下令。

使用条件变量，在调用 Wait() 方法之前，必须要加锁，否则代码会导致程序 panic。原因是调用 Wait 方法，会先把调用者放入等待队列中，然后释放锁。此时如果在未持有锁时调用释放锁的方法，就会导致程序 panic。