背景:
我們有一個用go做的項目,其中用到了zmq4進(jìn)行通信,一個簡單的rpc過程,早期遠(yuǎn)端是使用一個map去做ip和具體socket的映射。
問題
大概是這樣
struct SocketMap {
sync.Mutex
sockets map[string]*zmq4.Socket
}
然后調(diào)用的時候的代碼大概就是這樣的:
func (pushList *SocketMap) push(ip string, data []byte) {
pushList.Lock()
defer pushList.UnLock()
socket := pushList.sockets[string]
if socket == nil {
socket := zmq4.NewSocket()
//do some initial operation like connect
pushList.sockets[ip] = socket
}
socket.Send(data)
}
相信大家都能看出問題:當(dāng)push被并發(fā)訪問的時候(事實上push會經(jīng)常被并發(fā)訪問),由于這把大鎖的存在,同時只能有一個協(xié)程在臨界區(qū)工作,效率是會被大大降低的。
解決方案:會帶來crash的優(yōu)化
所以我們決定使用sync.Map來替代這個設(shè)計,然后出了第一版代碼,寫的非常簡單,只做了簡單的替換:
struct SocketMap {
sockets sync.Map
}
func (pushList *SocketMap) push(ip string, data []byte) {
var socket *zmq4.Socket
socketInter, ok = pushList.sockets.Load(ip)
if !ok {
socket = zmq4.NewSocket()
//do some initial operation like connect
pushList.sockets.Store(ip, socket)
} else {
socket = socketInter.(*zmq4.Socket)
}
socket.Send(data)
}
乍一看似乎沒什么問題?但是跑起來總是爆炸,然后一看log,提示有個非法地址。后來在github上才看到,zmq4.Socket不是線程安全的。上面的代碼恰恰會造成多個線程同時拿到socket實例,然后就crash了。
解決方案2: 加一把鎖也擋不住的沖突
然后怎么辦呢?看來也只能加鎖了,不過這次加鎖不能加到整個map上,否則還會有性能問題,那就考慮減小鎖的粒度吧,使用鎖包裝socket。這個時候我們的代碼也就呼之欲出了:
struct SocketMutex{
sync.Mutex
socket *zmq4.Socket
}
struct SocketMap {
sockets sync.Map
}
func (pushList *SocketMap) push(ip string, data []byte) {
var socket *SocketMutex
socketInter, ok = pushList.sockets.Load(ip)
if !ok {
socket = {
socket: zmq4.NewSocket()
}
//do some initial operation like connect
pushList.sockets.Store(ip, newSocket)
} else {
socket = socketInter.(*SocketMutex)
}
socket.Lock()
defer socket.Unlock()
socket.socket.Send(data)
}
但是這樣還是有問題,相信經(jīng)驗比較豐富的老哥一眼就能看出來,問題處在socketInter, ok = pushList.sockets.Load(ip)這行代碼上,如果map中沒有這個值,且有多個協(xié)程同時訪問到這行代碼,顯然這幾個協(xié)程的ok都會置為false,然后都進(jìn)入第一個if代碼塊,創(chuàng)建多個socket實例,并且爭相覆蓋原有值。
單純解決這個問題也很簡單,就是使用sync.Map.LoadOrStore(key interface{}, value interface{}) (v interface{}, loaded bool)
這個api,來原子地去做讀寫。
然而這還沒完,我們的寫入新值的操作不光是調(diào)用一個api創(chuàng)建socket就完了,還要有一系列的初始化操作,我們必須保證在初始化完成之前,其他通過Load拿到這個實例的協(xié)程無法真正訪問socket實例。
這時候顯然sync.Map自帶的機(jī)制已經(jīng)無法解決這個問題了,那么我們必須尋求其他的手段,要么鎖,要么就sync.WaitGroup或者whatever的其他什么東西。
解決方案3: 閉包帶來的神奇體驗
后來經(jīng)大佬指點,我在encoder.go中看到了這么一段代碼:
func typeEncoder(t reflect.Type) encoderFunc {
if fi, ok := encoderCache.Load(t); ok {
return fi.(encoderFunc)
}
// To deal with recursive types, populate the map with an
// indirect func before we build it. This type waits on the
// real func (f) to be ready and then calls it. This indirect
// func is only used for recursive types.
var (
wg sync.WaitGroup
f encoderFunc
)
wg.Add(1)
fi, loaded := encoderCache.LoadOrStore(t, encoderFunc(func(e *encodeState, v reflect.Value, opts encOpts) {
wg.Wait()
f(e, v, opts)
}))
if loaded {
return fi.(encoderFunc)
}
// Compute the real encoder and replace the indirect func with it.
f = newTypeEncoder(t, true)
wg.Done()
encoderCache.Store(t, f)
return f
}
豁然開朗,我們可以在sync.Map中存放一個閉包函數(shù),然后在閉包函數(shù)中等待本地的sync.WaitGroup
完成再返回實例。于是最終的代碼也就成型了。
struct SocketMutex{
sync.Mutex
socket *zmq4.Socket
}
struct SocketMap {
sockets sync.Map
}
func (pushList *SocketMap) push(ip string, data []byte) {
type SocketFunc func()*SocketMutex
var (
socket *SocketMutex
w sync.WaitGroup
)
socket = SocketMutex {
socket : zmq4.NewSocket()
}
w.Add(1)
socketf, ok = pushList.sockets.LoadOrStore(ip, SocketFunc(func()*SocketMutex) {
w.Wait()
return socket
})
if !ok {
socket = {
socket: zmq4.NewSocket()
}
//do some initial operation like connect
w.Done()
} else {
socket = socketInter.(*SockeFunc)()
}
socket.Lock()
defer socket.Unlock()
socket.socket.Send(data)
}
總結(jié):
并發(fā)代碼中的競爭問題,每一行代碼的重入性都要深思熟慮啊。
總的來說要保持以下幾個準(zhǔn)則:
(1) 不可重入訪問的系統(tǒng)資源,如socketfd, filefd,signalfd(事實上大多數(shù)這種系統(tǒng)資源都是不可重入的)等,在使用無鎖結(jié)構(gòu)的容器、讀寫鎖封裝的容器時,需要給每個資源單獨加鎖或者使用其他手段保證系統(tǒng)資源在臨界區(qū)受到有效保護(hù)。
(2)如果有讀取,如果為空則寫入的邏輯,需要使用能提供原子性保證的LoadOrSave調(diào)用,或者沒有的話,自己實現(xiàn)也要保證讀取和寫入過程整體的原子性;防止并發(fā)訪問Load調(diào)用時,多個線程都返回否而創(chuàng)建多個實例,然后在Save的時候又互相覆蓋?!@個原則不光對成員是系統(tǒng)資源的時候生效,如果存放的是其他東西也同樣適用。
(3)如果資源創(chuàng)建完畢,還需要其他的初始化過程,則可以考慮在容器內(nèi)放置閉包,初始化過程使用sync.WaitGroup
保護(hù),在閉包中調(diào)用Wait方法等待初始化完成再給其他線程返回初始化好的實例。而初始化過程完成后,可以置換閉包函數(shù),不再調(diào)用Wait方法,來減少可能的開銷。
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