Go并發(fā)編程之死鎖與活鎖的案例分析

更新時間：2023年04月30日 08:47:27 作者：不背鍋運維

死鎖就是在并發(fā)程序中，兩個或多個線程彼此等待對方完成操作，從而導致它們都被阻塞，并無限期地等待對方完成；活鎖就是程序一直在運行，但是無法取得進展。本文將從一些案例出發(fā)，分析一下它們，希望對大家有所幫助

什么是死鎖、活鎖

什么是死鎖：就是在并發(fā)程序中，兩個或多個線程彼此等待對方完成操作，從而導致它們都被阻塞，并無限期地等待對方完成。這種情況下，程序會卡死，無法繼續(xù)執(zhí)行。

什么是活鎖：就是程序一直在運行，但是無法取得進展。例如，在某些情況下，多個線程會爭奪同一個資源，然后每個線程都會釋放資源，以便其他線程可以使用它。但是，如果沒有正確的同步，這些線程可能會同時嘗試獲取該資源，然后再次釋放它。這可能導致線程在無限循環(huán)中運行，卻無法取得進展。

發(fā)生死鎖的案例分析

1.編寫會發(fā)生死鎖的代碼：

package?main

import?(
?"fmt"
?"sync"
)

func?main()?{
?var?mu?sync.Mutex
?mu.Lock()
?defer?mu.Unlock()

?wg?:=?sync.WaitGroup{}
?wg.Add(1)
?go?func()?{
??fmt.Println("goroutine?started")
??mu.Lock()?//?在這里獲取了鎖
??fmt.Println("goroutine?finished")
??mu.Unlock()
??wg.Done()
?}()

?wg.Wait()
}

運行和輸出：

[root@workhost temp02]# go run main.go
goroutine started
fatal error: all goroutines are asleep - deadlock! # 錯誤很明顯了，告訴你死鎖啦！

goroutine 1 [semacquire]:
sync.runtime_Semacquire(0xc000010030?)
/usr/local/go/src/runtime/sema.go:62 +0x27
...
...

上面的代碼，使用 sync.Mutex 實現(xiàn)了一個互斥鎖。主 goroutine 獲取了鎖，并啟動了一個新的 goroutine。新 goroutine 也嘗試獲取鎖來執(zhí)行其任務。但是，由于主 goroutine 沒有釋放鎖，新 goroutine 將一直等待鎖，導致死鎖。

2.代碼改造

在上面的代碼中，可以通過將主 goroutine 中的 defer mu.Unlock() 移到 goroutine 函數(shù)中的 mu.Unlock() 后面來解決問題。這樣，當 goroutine 獲取到鎖后，它可以在完成任務后釋放鎖，以便主 goroutine 可以繼續(xù)執(zhí)行。

改造后的代碼：

package?main

import?(
?"fmt"
?"sync"
)

func?main()?{
?var?mu?sync.Mutex
?mu.Lock()
?wg?:=?sync.WaitGroup{}
?wg.Add(1)
?go?func()?{
??fmt.Println("goroutine?started")
??mu.Lock()?//?在這里獲取了鎖
??fmt.Println("goroutine?finished")
??mu.Unlock()
??wg.Done()
?}()
?mu.Unlock()?//?釋放鎖
?wg.Wait()
}

運行和輸出：

[root@workhost temp02]# go run main.go
goroutine started
goroutine finished

3.如何避免死鎖

在 Go 語言中，要避免死鎖，一定要清楚以下幾個規(guī)則：

避免嵌套鎖：在使用多個鎖時，確保它們的嵌套順序相同。否則，可能會出現(xiàn)循環(huán)等待的情況，導致死鎖。
避免無限等待：如果在獲取鎖時指定了超時時間，確保在超時后能夠處理錯誤或執(zhí)行其他操作。
避免過度競爭：如果多個協(xié)程需要訪問相同的資源，請確保它們不會互相干擾?？梢允褂没コ怄i或讀寫鎖等機制來解決競爭問題。
使用通道：Go 語言中的通道可以用于協(xié)調并發(fā)操作。使用通道來傳遞消息和同步操作，可以避免死鎖和競爭問題。
確保資源釋放：在使用鎖或其他資源時，一定要確保它們在使用后得到釋放，否則可能會導致死鎖。
使用 select 語句：在使用通道進行并發(fā)操作時，可以使用 select 語句來避免死鎖。通過 select 語句選擇多個通道中的一個進行操作，可以避免在某個通道被阻塞時出現(xiàn)死鎖。

發(fā)生活鎖的案例分析

1.編寫會發(fā)生活鎖的代碼：

package?main

import?(
?"fmt"
?"sync"
)

func?main()?{
?var?wg?sync.WaitGroup
?var?mu?sync.Mutex
?var?flag?bool

?wg.Add(2)

?//?goroutine?1
?go?func()?{
??//?先獲取鎖資源
??fmt.Println("goroutine?1?獲取?mu")
??mu.Lock()
??defer?mu.Unlock()

??//?然后等待?flag?變量的值變?yōu)?true
??fmt.Println("goroutine?1?等待標志")
??for?!flag?{
???//?不斷循環(huán)等待
??}

??//?最終輸出并釋放鎖資源
??fmt.Println("goroutine?1?從等待中釋放")
??wg.Done()
?}()

?//?goroutine?2
?go?func()?{
??//?先獲取鎖資源
??fmt.Println("goroutine?2?獲取?mu")
??mu.Lock()
??defer?mu.Unlock()

??//?然后等待?flag?變量的值變?yōu)?true
??fmt.Println("GoRoutine2?等待標志")
??for?!flag?{
???//?不斷循環(huán)等待
??}

??//?最終輸出并釋放鎖資源
??fmt.Println("GoRoutine?2?從等待中釋放")
??wg.Done()
?}()

?//?在主線程中等待?1?秒鐘，以便兩個?goroutine?開始等待?flag?變量的值
?//?然后將?flag?變量設置為?true
?//?由于兩個?goroutine?會同時喚醒并嘗試獲取鎖資源，它們會相互等待
?//?最終導致了活鎖問題，它們都無法向前推進
?fmt.Println("主線程休眠?1?秒")
?fmt.Println("兩個goroutine都應該等待標志")
?flag?=?true
?wg.Wait()

?fmt.Println("所有?GoRoutines?已完成")
}

運行和輸出：

[root@workhost temp02]# go run main.go
主線程休眠 1 秒
兩個goroutine都應該等待標志
goroutine 2 獲取 mu
GoRoutine2 等待標志
GoRoutine 2 從等待中釋放
goroutine 1 獲取 mu
goroutine 1 等待標志
goroutine 1 從等待中釋放
所有 GoRoutines 已完成

上面的代碼存在活鎖問題。如果兩個goroutine同時等待flag變?yōu)閠rue并且都已經獲取了鎖資源，那么它們就會進入一個死循環(huán)并相互等待，無法繼續(xù)向前推進。

2.代碼改造

改造后的代碼：

package?main

import?(
?"fmt"
?"runtime"
?"sync"
)

func?main()?{
?var?wg?sync.WaitGroup
?var?mu?sync.Mutex
?var?flag?bool

?wg.Add(2)

?//?goroutine?1
?go?func()?{
??//?先獲取鎖資源
??fmt.Println("goroutine?1?獲取?mu")
??mu.Lock()
??defer?mu.Unlock()

??//?然后等待?flag?變量的值變?yōu)?true
??fmt.Println("goroutine?1?等待標志")
??for?!flag?{
???runtime.Gosched()?//?讓出時間片
??}

??//?最終輸出并釋放鎖資源
??fmt.Println("goroutine?1?從等待中釋放")
??wg.Done()
?}()

?//?goroutine?2
?go?func()?{
??//?先獲取鎖資源
??fmt.Println("goroutine?2?獲取?mu")
??mu.Lock()
??defer?mu.Unlock()

??//?然后等待?flag?變量的值變?yōu)?true
??fmt.Println("GoRoutine2?等待標志")
??for?!flag?{
???runtime.Gosched()?//?讓出時間片
??}

??//?最終輸出并釋放鎖資源
??fmt.Println("GoRoutine?2?從等待中釋放")
??wg.Done()
?}()

?//?在主線程中等待?1?秒鐘，以便兩個?goroutine?開始等待?flag?變量的值
?//?然后將?flag?變量設置為?true
?//?由于兩個?goroutine?會同時喚醒并嘗試獲取鎖資源，它們會相互等待
?//?最終導致了活鎖問題，它們都無法向前推進
?fmt.Println("主線程休眠?1?秒")
?fmt.Println("兩個goroutine都應該等待標志")
?flag?=?true
?wg.Wait()

?fmt.Println("所有?GoRoutines?已完成")
}

改造后的代碼在等待flag變量的循環(huán)中加入了讓出時間片的函數(shù) runtime.Gosched()，這樣兩個goroutine在等待期間可以放棄時間片，以便其他goroutine可以執(zhí)行并獲得鎖資源。這種方式可以有效地減少競爭程度，從而避免了活鎖問題。

3.如何避免發(fā)生活鎖的可能性

在 Go 語言的并發(fā)編程中，避免活鎖的關鍵是正確地實現(xiàn)同步機制。以下是一些避免活鎖的方法：