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码住！Golang并发安全与引用传递总结

原创 徐世佳 云加社区 2022-06-08 18:02 发表于广东

 

导语 | 因为现在服务上云的趋势，业务代码都纷纷转向golang的技术栈。在迁移或使用的过程中，由于对golang特性的生疏经常会遇到一些问题，本文总结了golang并发安全和参数引用传值时的一些知识。

 

一、Map类型并发读写引发Fatal Error

 

先看一个在Go中关于Map类型并发读写的经典例子：

 

var testMap  = map[string]string{}func main() {   go func() {      for{         _ = testMap["bar"]      }   }()   go func() {      for  {         testMap["bar"] = "foo"      }   }()   select{}}

 

以上例子会引发一个Fatal error：

 

fatal error: concurrent map read and map write

 

产生这个错误的原因就是在Go中Map类型并不是并发安全的，出于安全的考虑，此时会引发一个致命错误以保证程序不出现数据的混乱。

 

 

二、Go如何检测Map并发异常

 

在Go源码map.go中，可以看到以下flags：

 

// flagsiterator     = 1 // there may be an iterator using bucketsoldIterator  = 2 // there may be an iterator using oldbucketshashWriting  = 4 // a goroutine is writing to the mapsameSizeGrow = 8 // the current map growth is to a new map of the same size

 

在源码中mapaccess1、mapaccess2都用于查询mapassign和mapdelete用于修改。

 

对于查询操作，大致检查并发错误的流程如下：在查询前检查并发flag是否存在，如果存在就抛出异常。

 

if h.flags&hashWriting != 0 {    throw("concurrent map read and map write")}

 

对于修改操作则如下：

 

• 写入前检查一次标记位，通过后打上标记。

 

• 写入完成再次检查标记位，通过后还原标记。

 

   //各类前置操作   ....   if h.flags&hashWriting != 0 {      //检查是否存在并发      throw("concurrent map writes")   }
   //赋值标记位   h.flags ^= hashWriting   ....   //后续操作  done:   //完成修改后，再次检查标记位   if h.flags&hashWriting == 0 {      throw("concurrent map writes")   }   //还原标记位取消hashWriting标记   h.flags &^= hashWriting

 

 

三、如何避免Map的并发问题

 

go官方认为因为Map并发的问题在实际开发中并不常见，如果把Map原生设计成并发安全的会带来巨大的性能开销。因此需要使用额外方式来实现。

 

（一）自行使用锁和map来解决并发问题

 

参考如下：

 

type cocurrentMap = struct {   sync.RWMutex   m map[string]string}
func main() {   var testMap = &cocurrentMap{m:make(map[string]string)}   //写   testMap.Lock()   testMap.m["a"] = "foo"   testMap.Unlock()   //读   testMap.RLock()   fmt.Println(testMap.m["a"])   testMap.RUnlock()}

 

这个方法存在问题就是并发量巨大的时候，锁的竞争也会带来巨量消耗，性能一般。

 

 

（二）使用sync.Map

 

sync.Map通过巧妙的设计来提高并发安全下Map的性能，其设计思路是通过空间换时间来实现的，同时维护2份数据，read&dirty。read主要用来避免读写冲突。

其数据结构如下：

 

type Map struct {   mu Mutex //锁   read atomic.Value //readOnly   dirty map[interface{}]*entry //*entry   misses int}
type readOnly struct {   m       map[interface{}]*entry   amended bool // true if the dirty map contains some key not in m.}
type entry struct {   p unsafe.Pointer // *interface{}}

 

使用示例如下：

 

var m sync.Map// 写m.Store("test", 1)m.Store(1, true)
// 读val1, _ := m.Load("test")val2, _ := m.Load(1)fmt.Println(val1.(int))fmt.Println(val2.(bool))
//遍历m.Range(func(key, value interface{}) bool {   //....   return true})
//删除m.Delete("test")
//读取或写入m.LoadOrStore("test", 1)

 

这里对sync.Map的原理不做深入展开，只提几点特性：

 

• read和dirty是共享内存的，尽量减少冗余内存的开销。

 

• read是原子性的，可以并发读，写需要加锁。

 

• 读的时候先read中取，如果没有则会尝试去dirty中读取（需要有标记位readOnly.amended配合）

 

• dirty就是原生Map类型，需要配合各类锁读写。

 

• 当read中miss次数等于dirty长度时，dirty会提升为read，并且清理已经删除的k-v（延迟更新，具体如何清理需要enrty中的p标记位配合）

 

• 双检查（在加锁后会再次对值检查一遍是否依然符合条件）

 

• sync.Map适用于读多写少的场景。

 

• sync.Map没有提供获取长度size的方法，需要通过遍历来计算。

 

 

四、切片类型Slice是并发安全的吗

 

与Map一样，Slice也不是并发安全的：

 

var testSlice []intfunc main() {   for i:=0; i<1000; i++ {      go func() {         testSlice = append(testSlice, i)      }()   }   for idx, val := range testSlice {      fmt.Printf("idx:%d val:%d\n", idx, val)   }}

 

可以看到输出如下：

 

........

 

idx:901 val:999

 

idx:902 val:999

 

.........

 

但是在切片中并不会引发panic，如果程序无意中对切片使用了并发读写，严重的话会导致获取的数据和之后存储的数据错乱，所以这里要格外小心，可以通过加锁来避免。

 

 

五、Map、Slice作为参数传递的问题

 

切片除了并发有问题外，当他作为参数传递的时候，也会导致意料之外的问题，Go官方说明在Go中所有的传递都是值传递，没有引用传递的问题，但是在实际使用时，切片偶尔会引起一些疑惑，例如以下情况：

 

func changeVal(testSlice []string, idx int, val string){   testSlice[idx] = val}
func main() {   var testSlice []string   testSlice = make([]string, 5)   testSlice[0] = "foo"   changeVal(testSlice, 0, "bar")   fmt.Println(testSlice[0])}

 

以上代码执行后可以看到打印出的值为：

 

bar

 

这里就奇怪了，如果按照Go官方说明在该语言中传递都是值传递的话，为什么函数内修改切片会导致原切片也一起修改呢？这里要分2个问题来看：

 

• Go只会对基础值类型在传参中使用深拷贝，实际上对于Slice和Map类型，使用的是浅拷贝，Slice作为传参，其指向的内存地址依然是原数据。

 

• Slice扩容机制的影响：向Slice中添加元素超出容量的时候，我们知道会触发扩容机制，而扩容机制会创建一份新的【原数据】此时，它与浅拷贝获取到的变量是没有任何关联的。

 

可以通过以下代码验证，我们故意构造触发扩容的场景：

func appendVal(testSlice []string, val string){   fmt.Printf("testSlice:%p\n", testSlice)   testSlice = append(testSlice, "addCap") //触发了扩容机制   fmt.Printf("after append testSlice:%p\n", testSlice)   testSlice[0] = val}
func main() {   var testSlice []string   testSlice = make([]string, 5)   testSlice[0] = "foo"   appendVal(testSlice,"bar")   fmt.Println(testSlice[0]) //此时打印出的值为foo}

 

可以看到控制台打印如下：

 

testSlice:0xc00005a050

 

after append testSlice:0xc0000700a0

 

foo

 

此时因为扩容的影响导致原切片和传递后的切片不再有关联，因此打印值回到了最初的原数据foo

 

除了扩容机制外，我们也可以利用go中的copy函数来强制深拷贝：

 

var newTestSlice []stringnewTestSlice = make([]string, len(testSlice))copy(newTestSlice, testSlice)fmt.Printf("testSlice:%p\n", testSlice)fmt.Printf("newTestSlice:%p\n", newTestSlice)

 

testSlice:0xc0000d6000

 

newTestSlice:0xc0000d6050

 

另外对于数组类型，如果无意中转换为切片时，也极容易导致这种不确定性发生。切片作为参数传递时，在函数内对切片进行修改，需要时刻注意。

 

回过头再来看Map就一目了然了，因为Map的操作对象一直是引用，其即使扩容后，引用的地址不会改变，所以不会出现时而可以修改，时而不能修改的情况：

 

func changeMap(testMap map[string]string, k string, v string){   testMap[k] = v}
func main() {   var testMap map[string]string   testMap = make(map[string]string)   testMap["foo"] = "bar"   changeMap(testMap, "foo", "rab")   fmt.Println(testMap)}

 

输出：map[foo:rab]

 

可以看到函数内修改了原参数的值。

 

 

六、总结

 

Go因为其简洁的语法和高效的性能在当今微服务领域笑傲江湖，但是其本身语言特性在使用时，也会带来不少坑，本文总结了并发场景和参数传递时容易引发的问题，从而注意避免这些情况的发生。

 

 

 作者简介

 

徐世佳

腾讯IEG运营开发工程师

腾讯IEG运营开发工程师，负责腾讯游戏营销活动开发，有丰富的大流量高并发活动开发经验。

 

 

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标签：Map,testSlice,string,map,testMap,Golang,并发,引用
来源： https://www.cnblogs.com/rsapaper/p/16358677.html