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Go?Map并發沖突預防與解決_Golang

作者：小馬別過河 ? 更新時間： 2023-01-14 編程語言

背景

關于 Go 語言的 Map，有兩個需要注意的特性：

  • Map 是并發讀寫不安全的，這是出于性能的考慮；
  • Map 并發讀寫導致的錯誤，無法使用 recover 捕獲。

后者意味著，只有出現并發讀寫的問題，服務就會掛掉。

這兩個特性可能大家都知道，可即使有這個共識，我還是見過這個問題導致的事故。

事故的大致情況是，一個人封裝了map的讀寫，沒有使用鎖。另一個人開協程讀寫 map。而測試環境請求量小，不一定會導致崩潰，于是，這個問題就留到生產環境才出現了。

除了靠開發者自覺和 code review，還能怎么預防這種情況呢？我覺得在單元測試加入并行測試也很重要。

并行單元測試

單元測試默認不是并發的，比如下面的單測，是可以通過的：

func TestConcurrent(t *testing.T) {
    var m = map[string]int{}
    // 寫 map
    t.Run("write", func(t *testing.T) {
      for i := 0; i < 10000; i++ {
        m["a"] = 1
      }
    })
    // 讀 map
    t.Run("read", func(t *testing.T) {
      for i := 0; i < 10000; i++ {
        _ = m["a"]
      }
    })
}

但是我們的期望是，上面的單測不通過，該如何解決呢？

testing.T 有一個 Parallel 方法，它表示當前測試會和其他測試并行運行。 如果參數有-test.count或-test.cpu，一個測試可能運行多次，同個測試的多個運行實例，不會并行運行。

我們給上面的單測，加上t.Parallel():

func TestConcurrent(t *testing.T) {
    var m = map[string]int{}
    t.Run("write", func(t *testing.T) {
      // 加上并行
      t.Parallel()
      for i := 0; i < 10000; i++ {
        m["a"] = 1
      }
    })
    t.Run("read", func(t *testing.T) {
      // 加上并行
      t.Parallel()
      for i := 0; i < 10000; i++ {
        _ = m["a"]
      }
    })
}

這次執行就會報錯：

fatal error: concurrent map read and map write

支持并發的 Map

讓 Map 支持并發讀寫并不麻煩，常見的做法有：

  • 操作 map 的時候，加上讀寫鎖 sync.RWMutex；
  • 使用 sync.Map。

sync.RWMutex 大家用得可能比較多。這里簡單給個demo。

sync.RWMutex

我們給上面的單測加上鎖，這次運行就能通過了。

func TestConcurrent(t *testing.T) {
	var m = map[string]int{}
	//  定義鎖，零值就可以使用
	var mu sync.RWMutex
	t.Run("write", func(t *testing.T) {
		t.Parallel()
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			// 鎖
			mu.Lock()
			m["a"] = 1
			// 解鎖
			mu.Unlock()
		}
	})
	t.Run("read", func(t *testing.T) {
		t.Parallel()
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			// 鎖
			mu.Lock()
			_ = m["a"]
			// 解鎖
			mu.Unlock()
		}
	})
}

本文的重點介紹一下Go標準庫自帶的，支持并發讀寫的 map：sync.Map。

sync.Map

sync.Map 就是線程安全版的 map[interface{}]interface{}，零值可以直接使用，值不能復制。它主要用于以下場景：

  • 當同一個 key 的值，寫少讀多的時候；
  • 但多個 goroutines 讀寫或修改一系列不同的key的時候。

上面兩種場景中，比起帶Mutex(或RWMutex)的map，sync.Map 會大大減少鎖的競爭。

sync.Map 提供的方法不多，這里列出一些。注意的是，any 是 go 1.18 中 interface{}的別名。

Store，設置 key-value。

func (m *Map) Store(key, value any)

Load, 根據 key 讀取 value。

func (m *Map) Load(key any) (value any, ok bool)

Delete，刪除某個key。

func (m *Map) Delete(key any)

Range，遍歷所有key, 如果f返回false，會停止遍歷。

func (m *Map) Range(f func(key, value any) bool)

還有 LoadAndDelete（讀后刪除）、LoadOrStore（讀key，不存在時設置）。

我們給上面的單測，使用sync.Map，測試也可以通過。

func TestConcurrent(t *testing.T) {
	// 可以使用零值
	var m sync.Map
	t.Run("write", func(t *testing.T) {
		t.Parallel()
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			// 寫
			m.Store("a", 1)
		}
	})
	t.Run("read", func(t *testing.T) {
		t.Parallel()
		for i := 0; i < 10000; i++ {
			// 讀
			v, ok := m.Load("a")
			if ok {
				_ = v.(int)
			}
		}
	})
}

參考

pkg.go.dev/sync#Map

原文鏈接：https://juejin.cn/post/7174771881911222327

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