并发读写Go结构体时如何防止数据争用？

在没有显式锁定的情况下并发读写 Go 结构

并发访问 Go 中的共享数据可能是潜在错误的来源，例如数据争用。当对数据结构的访问是并发的，即多个 goroutine 可以同时访问它时，确保数据的读写同步以避免不一致是至关重要的。

结构体的并发访问

考虑以下 Go struct 元数据：

type Metadata struct {
    mu  sync.RWMutex // ?
    key bool
}

正如我们所见，元数据结构体包含一个 bool 类型的字段 key 和另一个sync.RWMutex 类型的字段 mu，它是读写锁的实现。

结构体中的数据争用

如果我们创建一个 Metadata 实例并允许多个 goroutine 同时读写它的字段，我们可能会遇到数据竞争。当多个 Goroutines 并发访问相同的数据并且至少其中一个正在执行写入操作时，就会发生数据竞争。

以下代码演示了在没有显式锁定的情况下对 Metadata 结构体的并发读写访问：

func concurrentStruct() {
    m := new(Metadata)

    for i := 0; i < 100000; i++ {
        go func(metadata *Metadata) {
            for {
                readValue := metadata.key
                if readValue {
                    metadata.key = false
                }
            }
        }(m)

        go func(metadata *Metadata) {
            for {
                metadata.key = true
            }
        }(m)
    }

    select {}
}

在这段代码中，我们创建了一个并发读取和写入关键字段的 goroutine。我们使用 select 语句来阻止主 goroutine，从而允许并发 goroutine 运行。使用 go run -race 命令运行程序，我们会收到一条警告，指出出现了 DATA RACE。

但是，程序继续运行，没有崩溃。这是因为Go运行时有内置的并发检查，但它不能保证安全执行。在这种情况下，数据争用可能会导致未定义的行为和不正确的结果。

解决结构中的数据争用

为了防止并发读取和写入结构时出现数据争用，我们需要使用正确的方法锁定机制。一种方法是使用互斥锁，如以下代码所示：

func concurrentStructWithMuLock() {
    m := new(Metadata)

    go func(metadata *Metadata) {
        for {
            metadata.mu.Lock()
            readValue := metadata.key
            if readValue {
                metadata.key = false
            }
            metadata.mu.Unlock()
        }
    }(m)

    go func(metadata *Metadata) {
        for {
            metadata.mu.Lock()
            metadata.key = true
            metadata.mu.Unlock()
        }
    }(m)

    select {}
}

在此代码中，我们向元数据结构添加了读写锁，并使用 mu.Lock() 和 mu。 Unlock() 同步对关键字段的访问。使用 go run -race 运行程序将不再生成任何警告，表明不存在数据争用。

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