Go 語言 內(nèi)存同步

原文鏈接：https://gopl-zh.github.io/ch9/ch9-04.html

9.4. 內(nèi)存同步

你可能比較糾結(jié)為什么Balance方法需要用到互斥條件，無論是基于channel還是基于互斥量。畢竟和存款不一樣，它只由一個(gè)簡單的操作組成，所以不會碰到其它goroutine在其執(zhí)行“期間”執(zhí)行其它邏輯的風(fēng)險(xiǎn)。這里使用mutex有兩方面考慮。第一Balance不會在其它操作比如Withdraw“中間”執(zhí)行。第二（更重要的）是“同步”不僅僅是一堆goroutine執(zhí)行順序的問題，同樣也會涉及到內(nèi)存的問題。

在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)中可能會有一堆處理器，每一個(gè)都會有其本地緩存（local cache）。為了效率，對內(nèi)存的寫入一般會在每一個(gè)處理器中緩沖，并在必要時(shí)一起flush到主存。這種情況下這些數(shù)據(jù)可能會以與當(dāng)初goroutine寫入順序不同的順序被提交到主存。像channel通信或者互斥量操作這樣的原語會使處理器將其聚集的寫入flush并commit，這樣goroutine在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的執(zhí)行結(jié)果才能被其它處理器上運(yùn)行的goroutine得到。

考慮一下下面代碼片段的可能輸出：

var x, y int
go func() {
    x = 1 // A1
    fmt.Print("y:", y, " ") // A2
}()
go func() {
    y = 1                   // B1
    fmt.Print("x:", x, " ") // B2
}()

因?yàn)閮蓚€(gè)goroutine是并發(fā)執(zhí)行，并且訪問共享變量時(shí)也沒有互斥，會有數(shù)據(jù)競爭，所以程序的運(yùn)行結(jié)果沒法預(yù)測的話也請不要驚訝。我們可能希望它能夠打印出下面這四種結(jié)果中的一種，相當(dāng)于幾種不同的交錯(cuò)執(zhí)行時(shí)的情況：

y:0 x:1
x:0 y:1
x:1 y:1
y:1 x:1

第四行可以被解釋為執(zhí)行順序A1,B1,A2,B2或者B1,A1,A2,B2的執(zhí)行結(jié)果。然而實(shí)際運(yùn)行時(shí)還是有些情況讓我們有點(diǎn)驚訝：

x:0 y:0
y:0 x:0

根據(jù)所使用的編譯器，CPU，或者其它很多影響因子，這兩種情況也是有可能發(fā)生的。那么這兩種情況要怎么解釋呢？

在一個(gè)獨(dú)立的goroutine中，每一個(gè)語句的執(zhí)行順序是可以被保證的，也就是說goroutine內(nèi)順序是連貫的。但是在不使用channel且不使用mutex這樣的顯式同步操作時(shí)，我們就沒法保證事件在不同的goroutine中看到的執(zhí)行順序是一致的了。盡管goroutine A中一定需要觀察到x=1執(zhí)行成功之后才會去讀取y，但它沒法確保自己觀察得到goroutine B中對y的寫入，所以A還可能會打印出y的一個(gè)舊版的值。

盡管去理解并發(fā)的一種嘗試是去將其運(yùn)行理解為不同goroutine語句的交錯(cuò)執(zhí)行，但看看上面的例子，這已經(jīng)不是現(xiàn)代的編譯器和cpu的工作方式了。因?yàn)橘x值和打印指向不同的變量，編譯器可能會斷定兩條語句的順序不會影響執(zhí)行結(jié)果，并且會交換兩個(gè)語句的執(zhí)行順序。如果兩個(gè)goroutine在不同的CPU上執(zhí)行，每一個(gè)核心有自己的緩存，這樣一個(gè)goroutine的寫入對于其它goroutine的Print，在主存同步之前就是不可見的了。

所有并發(fā)的問題都可以用一致的、簡單的既定的模式來規(guī)避。所以可能的話，將變量限定在goroutine內(nèi)部；如果是多個(gè)goroutine都需要訪問的變量，使用互斥條件來訪問。