go單例實現(xiàn)雙重檢測是否安全的示例代碼
今天看到項目中的kafka客戶端包裝結(jié)構(gòu)體的獲取是單例模式<br>單例的實現(xiàn)是老生常談的問題了,懶漢餓漢線程安全,因為看到項目中寫的還是有些問題,網(wǎng)上go單例實現(xiàn)的搜索結(jié)果比較少經(jīng)測試也并不靠譜,所以在這記錄下
現(xiàn)狀
當(dāng)前有的項目直接使用Mutex鎖,有的就直接判斷nil則創(chuàng)建,對于前者,每次都加鎖性能差,對于后者則會出現(xiàn)多個實例,也就不是單例了
改進
進而想要改進一下,在這不討論餓漢和線程非安全的實現(xiàn),對于go中線程安全的懶漢實現(xiàn),常見兩種:
雙重檢驗sync.Once
雙重檢驗示例:
package main import ( "sync" "testing" ) var ( instance *int lock sync.Mutex func getInstance() *int { if instance == nil { lock.Lock() defer lock.Unlock() if instance == nil { i := 1 instance = &i } } return instance } // 用于下邊基準測試 func BenchmarkSprintf(b *testing.B){ for i:=0;i<b.N;i++{ go getInstance()
是否線程安全
基于java中雙重檢驗鎖的經(jīng)驗,因為jvm的內(nèi)存模型,雙重檢驗鎖會出現(xiàn)可見性問題,可以通過 volatile解決
那么在go里會有類似問題嗎?
關(guān)鍵點在于instance變量的讀和寫是否是原子操作
這里做了個race競態(tài)檢測:
可以看到20行的寫入和14行的讀取發(fā)生了競態(tài)
上例中用64位(系統(tǒng)是64位)的int指針表示一個實例,也說明了對于64位數(shù)據(jù)的寫入和讀取是非原子操作
我們看另一種實現(xiàn):sync.Once方法
package main import ( "sync" "testing" ) var ( instance *int once sync.Once func getInstance() *int { once.Do(func(){ if instance == nil { i := 1 instance = &i } }) return instance } func BenchmarkSprintf(b *testing.B){ for i:=0;i<b.N;i++{ go getInstance() }
實現(xiàn)比雙重檢驗看起來要整潔許多
race檢測結(jié)果:
沒有發(fā)生競態(tài)
關(guān)于sync.Once
那么sync.Once是怎么實現(xiàn)的呢
看下源碼:
package sync import ( "sync/atomic" ) type Once struct { done uint32 m Mutex } func (o *Once) Do(f func()) { if atomic.LoadUint32(&o.done) == 0 { o.doSlow(f) } func (o *Once) doSlow(f func()) { o.m.Lock() defer o.m.Unlock() if o.done == 0 { defer atomic.StoreUint32(&o.done, 1) f()
可以看到sync.Once內(nèi)部其實也是一個雙重檢驗鎖,但是對于共享變量(done字段)的讀和寫使用了atomic包的StoreUint32和LoadUint32方法
sync.Once使用一個32位無符號整數(shù)表示共享變量,即使是32位變量的讀寫操作都需要atomic包方法來實現(xiàn)原子性,更說明了go里邊指針的讀寫不能保證原子性
關(guān)于atomic和metex
引用一段話:https://ms2008.github.io/2019/05/12/golang-data-race/
解決 race 的問題時,無非就是上鎖??赡芎芏嗳硕悸犝f過一個高逼格的詞叫「無鎖隊列」。 都一聽到加鎖就覺得很 low,那無鎖又是怎么一回事?其實就是利用 atomic 特性,那 atomic 會比 mutex 有什么好處呢?go race detector 的作者總結(jié)了這兩者的一個區(qū)別:
Mutexes do no scale. Atomic loads do.
mutex 由操作系統(tǒng)實現(xiàn),而 atomic 包中的原子操作則由底層硬件直接提供支持。在 CPU 實現(xiàn)的指令集里,有一些指令被封裝進了 atomic 包,這些指令在執(zhí)行的過程中是不允許中斷(interrupt)的,因此原子操作可以在 lock-free 的情況下保證并發(fā)安全,并且它的性能也能做到隨 CPU 個數(shù)的增多而線性擴展。
若實現(xiàn)相同的功能,后者通常會更有效率,并且更能利用計算機多核的優(yōu)勢。所以,以后當(dāng)我們想并發(fā)安全的更新一些變量的時候,我們應(yīng)該優(yōu)先選擇用 atomic 來實現(xiàn)。
結(jié)論
- go單例實現(xiàn)—雙重檢測法對共享變量直接讀取和賦值是不安全的,需要atomic包實現(xiàn)原子操作的讀寫
- 對于懶漢模式單例的實現(xiàn),sync.Once是更好的辦法,簡潔安全,sync.Once已經(jīng)幫我們實現(xiàn)了安全的雙重檢驗,能做到加載完成后不再加鎖
- 這里也提醒我們,只要是對于共享變量的并發(fā)訪問,一定要注意安全性,go更推崇避免共享變量,使用chan來交流信息,如果無法避免共享內(nèi)存,優(yōu)先使用atomic實現(xiàn),其次sync,安全第一!
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