Go标准库Cond

Go标准库的Cond

Go 标准库提供 Cond 原语的目的是，为等待 / 通知场景下的并发问题提供支持。Cond 通常应用于等待某个条件的一组 goroutine，等条件变为 true 的时候，其中一个 goroutine 或者所有的 goroutine 都会被唤醒执行。

Cond 是和某个条件相关，这个条件需要一组 goroutine 协作共同完成，在条件还没有满足的时候，所有等待这个条件的 goroutine 都会被阻塞住，只有这一组 goroutine 通过协作达到了这个条件，等待的 goroutine 才可能继续进行下去。

那这里等待的条件是什么呢？等待的条件，可以是某个变量达到了某个阈值或者某个时间点，也可以是一组变量分别都达到了某个阈值，还可以是某个对象的状态满足了特定的条件。总结来讲，等待的条件是一种可以用来计算结果是 true 还是 false 的条件。

Cond的基本用法

标准库中的 Cond 并发原语初始化的时候，需要关联一个 Locker 接口的实例，一般我们使用 Mutex 或者 RWMutex。

Cond 关联的 Locker 实例可以通过 c.L 访问，它内部维护着一个先入先出的等待队列。

我们分别看下它的三个方法Broadcast、Signal和Wait方法。

• Signal

允许调用者Caller唤醒一个等待此Cond的goroutine,如果此时没有等待的goroutine,则无需通知waiter,如果Cond等待队列中有一个或多个等待的goroutine,则需要从等待队列中移除第一个goroutine并把它唤醒。

• Broadcast

允许调用者Caller唤醒所有等待此Cond的goroutine,如果此时没有等待的goroutine,显然无需通知waiter,如果Cond等待队列中有一个或多个等待的goroutine,则清空所有等待的goroutine,并全部唤醒。

• Wait

会把调用者Caller放入Cond的等待队列中并阻塞，直到被Signal或者Broadcast方法从等待队列中移除并唤醒。

注意：调用Signal和Broadcast方法，不强求持有c.L的锁，调用Wait方法是必须要持有c.L的锁。

示例

10 个运动员进入赛场之后需要先做拉伸活动活动筋骨 ，在自己的赛道上做好准备；等所有的运动员都准备好之后，裁判员才会打响发令枪。

每个运动员做好准备之后，将 ready 加一，表明自己做好准备了，同时调用 Broadcast 方法通知裁判员。因为裁判员只有一个，所以这里可以直接替换成 Signal 方法调用。

调用 Broadcast 方法的时候，我们并没有请求 c.L 锁，只是在更改等待变量的时候才使用到了锁。

裁判员会等待运动员都准备好。虽然每个运动员准备好之后都唤醒了裁判员，但是裁判员被唤醒之后需要检查等待条件是否满足（运动员都准备好了）。可以看到，裁判员被唤醒之后一定要检查等待条件，如果条件不满足还是要继续等待。

func main() {
	c := sync.NewCond(&sync.Mutex{})
	ready := 0

	for i := 0; i < 10; i ++{
		go func(i int) {
			time.Sleep(time.Second * time.Duration(rand.Int63n(10)))
			// 加锁更改等待条件
			c.L.Lock()
			ready++
			c.L.Unlock()

			fmt.Printf("运动员%d已准备就绪\n",i)
			// 广播唤醒等待者，这里可以使用Broadcast和Signal
			c.Signal()
		}(i)
	}

	c.L.Lock()
	for ready != 10 {
		c.Wait()
		log.Println("裁判员被唤醒一次")
	}
	
	c.L.Unlock()

	log.Println("所有运动员都准备就绪，比赛开始。。。")
}

Cond实现原理

type Cond struct {
    noCopy noCopy

    // 当观察或者修改等待条件的时候需要加锁
    L Locker

    // 等待队列
    notify  notifyList
    checker copyChecker
}

func NewCond(l Locker) *Cond {
    return &Cond{L: l}
}

func (c *Cond) Wait() {
    c.checker.check()
    // 增加到等待队列中
    t := runtime_notifyListAdd(&c.notify)
    c.L.Unlock()
    // 阻塞休眠直到被唤醒
    runtime_notifyListWait(&c.notify, t)
    c.L.Lock()
}

func (c *Cond) Signal() {
    c.checker.check()
    runtime_notifyListNotifyOne(&c.notify)
}

func (c *Cond) Broadcast() {
    c.checker.check()
    runtime_notifyListNotifyAll(&c.notify）
}

runtime_notifyListXXX 是运行时实现的方法，实现了一个等待 / 通知的队列。

copyChecker 是一个辅助结构，可以在运行时检查 Cond 是否被复制使用。

Signal 和 Broadcast 只涉及到 notifyList 数据结构，不涉及到锁。

Wait 把调用者加入到等待队列时会释放锁，在被唤醒之后还会请求锁。在阻塞休眠期间，调用者是不持有锁的，这样能让其他 goroutine 有机会检查或者更新等待变量。