Go 条件变量

介绍

在Go语言中，条件变量（Condition Variable）是一种用于协调多个goroutine之间同步的机制。它们通常与互斥锁（Mutex）一起使用，以确保在共享资源的状态发生变化时，goroutine能够正确地等待或继续执行。

条件变量的核心思想是：当某个条件不满足时，goroutine可以进入等待状态，直到其他goroutine改变了条件并通知它继续执行。这种机制非常适合用于实现生产者-消费者模型、任务调度等并发场景。

条件变量的基本用法

在Go中，条件变量是通过sync.Cond类型来实现的。sync.Cond需要与一个互斥锁（sync.Mutex或sync.RWMutex）一起使用，以确保在等待和通知时的线程安全。

创建条件变量

要创建一个条件变量，首先需要初始化一个互斥锁，然后使用sync.NewCond函数来创建条件变量：

go
var mu sync.Mutex
cond := sync.NewCond(&mu)

等待条件

当一个goroutine需要等待某个条件时，它可以调用cond.Wait()方法。这个方法会释放互斥锁，并将goroutine挂起，直到其他goroutine调用cond.Signal()或cond.Broadcast()来唤醒它。

go
mu.Lock()
for !condition {
    cond.Wait()
}
// 条件满足，继续执行
mu.Unlock()

备注

注意：cond.Wait()必须在持有互斥锁的情况下调用，并且在返回时会重新获取锁。

通知条件

当一个goroutine改变了共享资源的状态，并且希望唤醒等待的goroutine时，可以调用cond.Signal()或cond.Broadcast()。

cond.Signal()：唤醒一个等待的goroutine。
cond.Broadcast()：唤醒所有等待的goroutine。

go
mu.Lock()
// 改变条件
condition = true
cond.Signal() // 或者 cond.Broadcast()
mu.Unlock()

代码示例：生产者-消费者模型

下面是一个使用条件变量实现的生产者-消费者模型的示例：

go
package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

func main() {
    var mu sync.Mutex
    cond := sync.NewCond(&mu)
    queue := make([]int, 0)

    // 生产者
    go func() {
        for i := 0; i < 10; i++ {
            mu.Lock()
            queue = append(queue, i)
            fmt.Printf("Produced: %d\n", i)
            cond.Signal() // 通知消费者
            mu.Unlock()
            time.Sleep(100 * time.Millisecond)
        }
    }()

    // 消费者
    go func() {
        for {
            mu.Lock()
            for len(queue) == 0 {
                cond.Wait() // 等待生产者
            }
            item := queue[0]
            queue = queue[1:]
            fmt.Printf("Consumed: %d\n", item)
            mu.Unlock()
        }
    }()

    time.Sleep(2 * time.Second)
}

输出

Produced: 0
Consumed: 0
Produced: 1
Consumed: 1
Produced: 2
Consumed: 2
...

在这个示例中，生产者goroutine不断地向队列中添加数据，并在每次添加后通知消费者goroutine。消费者goroutine在队列为空时进入等待状态，直到生产者通知它继续执行。

实际应用场景

条件变量在以下场景中非常有用：

任务队列：当多个worker goroutine从任务队列中获取任务时，可以使用条件变量来协调任务的分配。
资源池：在资源池中，当资源被占用时，goroutine可以等待直到资源可用。
事件驱动编程：在事件驱动的系统中，条件变量可以用于等待特定事件的发生。

总结

条件变量是Go语言中实现高效并发编程的重要工具。它们允许goroutine在条件不满足时进入等待状态，并在条件满足时被唤醒。通过合理使用条件变量，可以避免忙等待（busy-waiting），从而提高程序的性能和资源利用率。

附加资源与练习

练习：尝试修改上面的生产者-消费者模型，使其支持多个生产者和多个消费者。
进一步阅读：阅读Go官方文档中关于sync.Cond的更多细节：Go sync.Cond

通过掌握条件变量，你将能够更好地处理复杂的并发场景，并编写出高效、可靠的Go程序。

介绍​

条件变量的基本用法​

创建条件变量​

等待条件​

通知条件​

代码示例：生产者-消费者模型​

输出​

实际应用场景​

总结​

附加资源与练习​

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