并发环境下如何安全读写共享变量

题目

并发环境下如何安全读写共享变量

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐

考点

并发安全,可见性,同步机制

快速回答

在Go并发编程中安全读写共享变量的核心方法：

• 使用sync.Mutex互斥锁保护共享资源
• 通过sync/atomic包进行原子操作
• 遵循『不要通过共享内存来通信，而应通过通信来共享内存』原则

原理说明

Go内存模型规定：当多个goroutine并发访问共享变量时，如果没有正确的同步机制：

• 可能发生数据竞争（Data Race），导致未定义行为
• 一个goroutine的写入可能对其他goroutine不可见（可见性问题）
• 非原子操作可能被中间打断（如64位整数的读写）

代码示例

错误示例（存在数据竞争）：

package main
import "fmt"

func main() {
    var counter int
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        go func() { counter++ }() // 并发写，存在竞争
    }
    fmt.Println(counter) // 结果不确定
}

正确方案1：使用互斥锁

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var (
        counter int
        mu      sync.Mutex
    )

    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            mu.Lock()
            defer mu.Unlock()
            counter++
            wg.Done()
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println(counter) // 稳定输出1000
}

正确方案2：使用原子操作

package main
import (
    "fmt"
    "sync/atomic"
    "sync"
)

func main() {
    var counter int64
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 0; i < 1000; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            atomic.AddInt64(&counter, 1)
            wg.Done()
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println(counter) // 稳定输出1000
}

最佳实践

• 最小化锁范围：锁的临界区应尽可能小
• 使用defer解锁：避免忘记解锁导致死锁
• 原子操作优先：简单计数场景首选atomic包
• 通道替代：复杂场景考虑用channel传递数据所有权

常见错误

• 忘记解锁互斥锁（导致死锁）
• 复制已使用的互斥锁（sync.Mutex禁止复制）
• 误以为单个机器字读写是原子的（32位系统上int64非原子）
• 未使用WaitGroup等待goroutine完成

扩展知识

• 可见性保证：sync包操作隐含内存屏障，确保修改对其他goroutine可见
• 原子操作限制：atomic仅适用于基本类型，结构体需用mutex
• 竞争检测：运行时加-race标志检测数据竞争（go run -race main.go）
• Once原理：sync.Once通过原子操作+互斥锁保证单次执行