Go語言 之條件變量

package main

import "fmt"
import "sync"
import "math/rand"
import "time"

var cond sync.Cond // 創建全局條件變量

// 生產者
func producer(out chan<- int, idx int) {
    for {
        cond.L.Lock()       // 條件變量對應互斥鎖加鎖
        for len(out) == 3 { // 產品區滿 等待消費者消費
            cond.Wait() // 掛起當前協程， 等待條件變量滿足，被消費者喚醒
        }
        num := rand.Intn(1000) // 產生一個隨機數
        out <- num             // 寫入到 channel 中 （生產）
        fmt.Printf("%dth 生產者，產生數據 %3d, 公共區剩余%d個數據\n", idx, num, len(out))
        cond.L.Unlock()         // 生產結束，解鎖互斥鎖
        cond.Signal()           // 喚醒 阻塞的 消費者
        time.Sleep(time.Second) // 生產完休息一會，給其他協程執行機會
    }
}

//消費者
func consumer(in <-chan int, idx int) {
    for {
        cond.L.Lock()      // 條件變量對應互斥鎖加鎖（與生產者是同一個）
        for len(in) == 0 { // 產品區為空 等待生產者生產
            cond.Wait() // 掛起當前協程， 等待條件變量滿足，被生產者喚醒
        }
        num := <-in // 將 channel 中的數據讀走 （消費）
        fmt.Printf("---- %dth 消費者, 消費數據 %3d,公共區剩余%d個數據\n", idx, num, len(in))
        cond.L.Unlock()                    // 消費結束，解鎖互斥鎖
        cond.Signal()                      // 喚醒 阻塞的 生產者
        time.Sleep(time.Millisecond * 500) //消費完 休息一會，給其他協程執行機會
    }
}
func main() {
    rand.Seed(time.Now().UnixNano()) // 設置隨機數種子
    quit := make(chan bool)          // 創建用於結束通信的 channel

    product := make(chan int, 3) // 產品區（公共區）使用channel 模擬
    cond.L = new(sync.Mutex)     // 創建互斥鎖和條件變量

    for i := 0; i < 5; i++ { // 5個消費者
        go producer(product, i+1)
    }
    for i := 0; i < 3; i++ { // 3個生產者
        go consumer(product, i+1)
    }
    <-quit // 主協程阻塞 不結束
}

 

我們希望當倉庫滿時，生產者停止生產，等待消費者消費；同理，如果倉庫空了，我們希望消費者停下來等待生產者生產。為了達到這個目的，這里引入條件變量。（需要注意：如果倉庫隊列用channel，是不存在以上情況的，因為channel被填滿后就阻塞了，或者channel中沒有數據也會阻塞）。

條件變量的作用並不保證在同一時刻僅有一個協程（線程）訪問某個共享的數據資源，而是在對應的共享數據的狀態發生變化時，通知阻塞在某個條件上的協程（線程）。條件變量不是鎖，在並發中不能達到同步的目的，因此條件變量總是與鎖一塊使用。

GO標准庫中的sys.Cond類型代表了條件變量。條件變量要與鎖（互斥鎖，或者讀寫鎖）一起使用。成員變量L代表與條件變量搭配使用的鎖。

對應的有3個常用方法，Wait，Signal，Broadcast。

1) func (c *Cond) Wait()

該函數的作用可歸納為如下三點：

　　a) 阻塞等待條件變量滿足

　　b) 釋放已掌握的互斥鎖相當於cond.L.Unlock()。 注意：兩步為一個原子操作。

　　c) 當被喚醒，Wait()函數返回時，解除阻塞並重新獲取互斥鎖。相當於cond.L.Lock()

2) func (c *Cond) Signal()

單發通知，給一個正等待（阻塞）在該條件變量上的goroutine（線程）發送通知。

3) func (c *Cond) Broadcast()

廣播通知，給正在等待（阻塞）在該條件變量上的所有goroutine（線程）發送通知。