Параллельное программирование | Горутины | Каналы | Синхронизация

Введение

Этот лаба旨在演示如何使用каналы и горутины для синхронизации доступа к общему состоянию между несколькими горутинами.

Состоятельные горутины

В параллельном программировании至关重要的是同步对共享状态的访问，以避免竞争条件和数据损坏。此实验室展示了一种场景，其中单个 горутина拥有状态，而其他 горутины发送消息以读取或写入该状态。

使用通道向拥有状态的 горутине发出读取和写入请求。
使用 readOp 和 writeOp 结构体来封装请求和响应。
使用映射来存储状态。
使用 resp 通道来指示成功并返回值。
使用 atomic 包来统计读取和写入操作。
使用 time 包在操作之间添加延迟。

## Запуск нашей программы показывает, что пример управления
## состоянием на основе горутин завершает примерно 80 000
## операций в сумме.
$ go run stateful-goroutines.go
readOps: 71708
writeOps: 7177

## В этом конкретном случае подход на основе горутин был
## немного более сложным, чем подход на основе мьютексов.
## Однако он может быть полезен в некоторых случаях,
## например, когда вы используете другие каналы или когда
## управление несколькими такими мьютексами может привести
## к ошибкам. Вы должны использовать тот подход, который
## кажется наиболее естественным, особенно в отношении
## понимания правильности вашей программы.

Ниже представлен полный код:

// В предыдущем примере мы использовали явное блокирование с
// помощью [мьютексов](mutexes), чтобы синхронизировать доступ
// к общему состоянию между несколькими горутинами.
// Другой вариант — использовать встроенные функции
// синхронизации горутин и каналов, чтобы достичь того же
// результата. Этот подход на основе каналов соответствует
// идеям Go о разделении памяти путём коммуникации и
// обеспечением того, чтобы каждая часть данных была
// принадлежащей ровно одной горутине.

package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "sync/atomic"
    "time"
)

// В этом примере наше состояние будет принадлежать одной
// горутине. Это гарантирует, что данные никогда не будут
// повреждены при одновременном доступе. Чтобы прочитать или
// записать это состояние, другие горутины будут отправлять
// сообщения в горутину-владельца и получать соответствующие
// ответы. Эти структуры `readOp` и `writeOp` encapsulate
// эти запросы и способ ответа для горутины-владельца.
type readOp struct {
    key  int
    resp chan int
}
type writeOp struct {
    key  int
    val  int
    resp chan bool
}

func main() {

    // Как и раньше мы будем подсчитывать, сколько операций
    // мы выполняем.
    var readOps uint64
    var writeOps uint64

    // Каналы `reads` и `writes` будут использоваться другими
    // горутинами для отправки запросов на чтение и запись,
    // соответственно.
    reads := make(chan readOp)
    writes := make(chan writeOp)

    // Вот горутина, которая владеет `state`, которое является
    // картой, как в предыдущем примере, но теперь приватной
    // для состояятельной горутины. Эта горутина постоянно
    // выбирает между каналами `reads` и `writes`,
    // реагируя на запросы по их поступлению. Ответ выполняется
    // путём предварительного выполнения запрошенной операции
    // и последующей отправки значения по каналу ответа `resp`,
    // чтобы показать успех (и запрашиваемое значение в случае
    // `reads`).
    go func() {
        var state = make(map[int]int)
        for {
            select {
            case read := <-reads:
                read.resp <- state[read.key]
            case write := <-writes:
                state[write.key] = write.val
                write.resp <- true
            }
        }
    }()

    // Это запускает 100 горутин для отправки запросов на чтение
    // в горутину-владельцу состояния через канал `reads`.
    // Каждый запрос на чтение требует создания `readOp`,
    // отправки его по каналу `reads` и получения результата по
    // предоставленному каналу `resp`.
    for r := 0; r < 100; r++ {
        go func() {
            for {
                read := readOp{
                    key:  rand.Intn(5),
                    resp: make(chan int)}
                reads <- read
                <-read.resp
                atomic.AddUint64(&readOps, 1)
                time.Sleep(time.Millisecond)
            }
        }()
    }

    // Мы также запускаем 10 записей, используя аналогичный
    // подход.
    for w := 0; w < 10; w++ {
        go func() {
            for {
                write := writeOp{
                    key:  rand.Intn(5),
                    val:  rand.Intn(100),
                    resp: make(chan bool)}
                writes <- write
                <-write.resp
                atomic.AddUint64(&writeOps, 1)
                time.Sleep(time.Millisecond)
            }
        }()
    }

    // Позволим горутинам работать в течение секунды.
    time.Sleep(time.Second)

    // Наконец, получите и выведите количество операций.
    readOpsFinal := atomic.LoadUint64(&readOps)
    fmt.Println("readOps:", readOpsFinal)
    writeOpsFinal := atomic.LoadUint64(&writeOps)
    fmt.Println("writeOps:", writeOpsFinal)
}

Резюме

Этот лаба показал, как использовать каналы и горутины для синхронизации доступа к общему состоянию. Сделав одну горутину владельцем состояния и используя каналы для отправки запросов на чтение и запись, мы можем избежать ситуаций гонки и повреждения данных.

Синхронизация горутин в параллельном программировании

Введение

Состоятельные горутины

Резюме