iT邦幫忙

2021 iThome 鐵人賽

DAY 2
2
Software Development

Hey! Go Design Patterns系列 第 2

DAY 2:Single Threaded Execution Pattern,門就只有一個大家好好排隊啊~

什麼是 Single Threaded Execution Pattern?

透過 lock,只會有一個 goroutine 執行此區段的程式碼

問題情境

當設計一個點讚系統上線,允許一人有多個讚,此時會有多個 Client 進行點讚,系統需確保點讚數量正確無誤。

有可能會發生,A、B、C、D 四人同時點讚,由於 A 在讀取讚數後,A 還沒寫入 B 又進行了讀取,隨後 A 加一寫入後,B 現有的資料還是未加一的,在 B 寫入時就把 A 加的一覆蓋,導致讚數少加一,如圖:

問題實作

相關的 code 在Github - go-design-patterns

四位使用者各按 10000 次讚,預期會統計到 40000 個讚,

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

type Like struct {
	sync.Mutex
	Count uint16
}

func (l *Like) Add(writerID string) {
	l.Lock()
	defer l.Unlock()
	l.Count++
}

func AddLikes(writerID string, like *Like) {
	for i := 0; i < 10000; i++ {
		like.Add(writerID)
	}
}

func main() {
	like := new(Like)
	go AddLikes("A", like)
	go AddLikes("B", like)
	go AddLikes("C", like)
	go AddLikes("D", like)
	time.Sleep(1 * time.Second) //等待goroutine執行完畢
	fmt.Println(like.Count)
}

結果只有 28366 個讚:

$ go run problem.go
28366

由於like.Add()並沒有 goroutine safe(執行緒安全),造成了讀寫like.Count產生了 race condition,即四個 goroutine 會同時讀寫 count,導致有 goroutine 在寫入後,其他 goroutine 卻沒有讀到最新資料的狀況。

解決方式

可以透過在 like.Add()裡新增 lock 來確保 function只會被一個goroutine讀寫,當一個 goroutine 取得 like.Add()的 lock,即有權限執行此 function,除非此 goroutine unlock,讓其他 goroutine 有機會取得 lock,否則其他 goroutine 只能等待,如圖:

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

type Like struct {
	sync.Mutex
	count uint16
}

func (l *Like) Add(writerID string) {
	l.Lock()
	defer l.Unlock()
	l.count++
	fmt.Printf("%s change count: %d\n", writerID, l.count)
}

func AddLikes(writerID string, like *Like) {
	for i := 0; i < 10000; i++ {
		like.Add(writerID)
	}
}

func main() {
	like := new(Like)
	go AddLikes("A", like)
	go AddLikes("B", like)
	go AddLikes("C", like)
	go AddLikes("D", like)
	time.Sleep(1 * time.Second) //等待goroutine執行完畢
}

與語法多樣的 java 對照

在 java 中提供了更方便的 synchronized,讓 lock 機制可以只加一個關鍵字就解決,

public class Like {
    private int count = 0;

    public synchronized void add() {
        this.count++;
        System.out.println("like count: " + this.count);
    }
}

而 golang 沒有 synchronized 關鍵字,是透過sync.Mutex直接透過操作 lock 的方式。在 Java 的設計中提倡以 synchronized 來讓程式更安全,因為直接使用 lock 可能會在 function 結束後忘記 unlock 造成 dead lock,那 golang 該如何安全的使用 lock 呢?

golang 靠 defer 解決忘記 unlock 的問題,在lock()當下我們可以在下一行程式碼加入defer Unlock(),這樣 Golang 在 compile 後就會在 function 的 return 處之前都加上 Unlock(),藉此達到與 synchronized 一樣方便安全的效果。defer 也不只用在 lock,凡要在 return 前執行的動作都可以用 defer,泛用性很高。


上一篇
DAY 1:Hey! Go Design Patterns
下一篇
DAY 3:Read-Write-Lock Pattern,三人成虎,一人打虎!
系列文
Hey! Go Design Patterns30

尚未有邦友留言

立即登入留言