面试官：谈谈 Go sync.Cond 实现原理

大家好，我是木川

一、概念

Go标准库提供了Cond原语，sync.Cond（条件变量）是一个用于在多个goroutine之间进行同步和通信的重要工具，可以让 Goroutine 在满足特定条件时被阻塞和唤醒

二、底层数据结构

type Cond struct {
    noCopy noCopy

    // L is held while observing or changing the condition
    L Locker

    notify  notifyList
    checker copyChecker
}

type notifyList struct {
    wait   uint32
    notify uint32
    lock   uintptr // key field of the mutex
    head   unsafe.Pointer
    tail   unsafe.Pointer
}

主要有4个字段：

• nocopy ：golang 源码中检测禁止拷贝的技术。如果程序中有 WaitGroup 的赋值行为，使用 go vet 检查程序时，就会发现有报错，但需要注意的是，noCopy 不会影响程序正常的编译和运行

• checker：用于禁止运行期间发生拷贝，双重检查(Double check)

• L：可以传入一个读写锁或互斥锁，当修改条件或者调用Wait方法时需要加锁

• notify：通知链表，调用Wait()方法的Goroutine会放到这个链表中，从这里获取需被唤醒的Goroutine列表

三、使用方法

在Cond里主要有3个方法：

• sync.NewCond(l Locker):  新建一个 sync.Cond 变量，注意该函数需要一个 Locker 作为必填参数，这是因为在 cond.Wait() 中底层会涉及到 Locker 的锁操作

• Cond.Wait(): 阻塞等待被唤醒，调用Wait函数前需要先加锁；并且由于Wait函数被唤醒时存在虚假唤醒等情况，导致唤醒后发现，条件依旧不成立，因此需要使用 for 语句来循环地进行等待，直到条件成立为止

• Cond.Signal(): 只唤醒一个最先 Wait 的 goroutine，可以不用加锁

• Cond.Broadcast():  唤醒所有Wait的goroutine，可以不用加锁

package main

import (
 "fmt"
 "sync"
 "time"
)

func main() {
 var mu sync.Mutex
 cond := sync.NewCond(&mu)
 done := make(chan bool)

 // 启动一个goroutine等待条件
 go func() {
  mu.Lock()
  defer mu.Unlock()
  fmt.Println("Waiting for condition...")
  cond.Wait() // 等待条件变量被唤醒
  // Wait 内部会先调用 c.L.Unlock()，来先释放锁，如果调用方不先加锁的话，会报错
  fmt.Println("Condition received!")
  done <- true
 }()

 // 模拟一些耗时的工作
 time.Sleep(2 * time.Second)

 // 在主goroutine中发送Signal信号，唤醒等待的goroutine
 fmt.Println("Sending signal...")
 cond.Signal() // 唤醒一个等待的goroutine

 // 等待goroutine完成
 <-done
 fmt.Println("Done")
}

输出：

Waiting for condition...
Sending signal...
Condition received!
Done

在上述示例中，我们创建了一个互斥锁 mu 和一个 sync.Cond 变量 cond。然后，我们启动一个goroutine等待条件变量被唤醒，并在主goroutine中模拟一些耗时的工作后，通过 cond.Signal() 方法发送信号，唤醒等待的goroutine。

一旦条件变量被唤醒，等待的goroutine会继续执行。当你运行这个示例时，你会看到输出中的等待和唤醒消息，以及最后的"Done"表示成功完成。

请注意，在使用Signal方法时，通常需要在互斥锁的保护下调用，以确保对条件变量的访问是线程安全的。

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