这一次，彻底搞懂 Go Cond

2024-03-20 10:21:10

hi，大家好，我是 haohongfan。

本篇文章会从源码角度去深入剖析下 sync.Cond。Go 日常开发中 sync.Cond 可能是我们用的较少的控制并发的手段，因为大部分场景下都被 Channel 代替了。还有就是 sync.Cond 使用确实也蛮复杂的。

比如下面这段代码：

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	done := make(chan int, 1)

	go func() {
		time.Sleep(5 * time.Second)
		done <- 1
	}()

	fmt.Println("waiting")
	<-done
	fmt.Println("done")
}

同样可以使用 sync.Cond 来实现

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	cond := sync.NewCond(&sync.Mutex{})
	var flag bool
	go func() {
		time.Sleep(time.Second * 5)
		cond.L.Lock()
		flag = true
		cond.Signal()
		cond.L.Unlock()
	}()

	fmt.Println("waiting")
	cond.L.Lock()
	for !flag {
		cond.Wait()
	}
	cond.L.Unlock()
	fmt.Println("done")
}

大部分场景下使用 channel 是比 sync.Cond方便的。不过我们要注意到，sync.Cond 提供了 Broadcast 方法，可以通知所有的等待者。想利用 channel 实现这个方法还是不容易的。我想这应该是 sync.Cond 唯一有用武之地的地方。

先列出来一些问题吧，可以带着这些问题来阅读本文：

cond.Wait本身就是阻塞状态，为什么 cond.Wait 需要在循环内？
sync.Cond 如何触发不能复制的 panic ?
为什么 sync.Cond 不能被复制？
cond.Signal 是如何通知一个等待的 goroutine ?
cond.Broadcast 是如何通知等待的 goroutine 的？

源码剖析

cond.Wait 是阻塞的吗？是如何阻塞的？

是阻塞的。不过不是 sleep 这样阻塞的。

调用 goparkunlock 解除当前 goroutine 的 m 的绑定关系，将当前 goroutine 状态机切换为等待状态。等待后续 goready 函数时候能够恢复现场。

cond.Signal 是如何通知一个等待的 goroutine ?

判断是否有没有被唤醒的 goroutine，如果都已经唤醒了，直接就返回了
将已通知 goroutine 的数量加1
从等待唤醒的 goroutine 队列中，获取 head 指针指向的 goroutine，将其重新加入调度
被阻塞的 goroutine 可以继续执行

cond.Broadcast 是如何通知等待的 goroutine 的？

判断是否有没有被唤醒的 goroutine，如果都已经唤醒了，直接就返回了
将等待通知的 goroutine 数量和已经通知过的 goroutine 数量设置成相等
遍历等待唤醒的 goroutine 队列，将所有的等待的 goroutine 都重新加入调度
所有被阻塞的 goroutine 可以继续执行

cond.Wait本身就是阻塞状态，为什么 cond.Wait 需要在循环内？

我们能注意到，调用 cond.Wait 的位置，使用的是 for 的方式来调用 wait 函数，而不是使用 if 语句。

这是由于 wait 函数被唤醒时，存在虚假唤醒等情况，导致唤醒后发现，条件依旧不成立。因此需要使用 for 语句来循环地进行等待，直到条件成立为止。

使用中注意点

1. 不能不加锁直接调用 cond.Wait

func (c *Cond) Wait() {
	c.checker.check()
	t := runtime_notifyListAdd(&c.notify)
	c.L.Unlock()
	runtime_notifyListWait(&c.notify, t)
	c.L.Lock()
}

我们看到 Wait 内部会先调用 c.L.Unlock()，来先释放锁。如果调用方不先加锁的话，会触发“fatal error: sync: unlock of unlocked mutex”。关于 mutex 的使用方法，推荐阅读下《这可能是最容易理解的 Go Mutex 源码剖析》

2. 为什么不能 sync.Cond 不能复制？

sync.Cond 不能被复制的原因，并不是因为 sync.Cond 内部嵌套了 Locker。因为 NewCond 时传入的 Mutex/RWMutex 指针，对于 Mutex 指针复制是没有问题的。

主要原因是 sync.Cond 内部是维护着一个 notifyList。如果这个队列被复制的话，那么就在并发场景下导致不同 goroutine 之间操作的 notifyList.wait、notifyList.notify 并不是同一个，这会导致出现有些 goroutine 会一直堵塞。

这里有留下一个问题，sync.Cond 内部是有一段代码 check sync.Cond 是不能被复制的，下面这段代码能触发这个 panic 吗？

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

func main() {
	cond1 := sync.NewCond(new(sync.Mutex))
	cond := *cond1
	fmt.Println(cond)
}

有兴趣的可以动手尝试下，以及尝试下如何才能触发这个panic "sync.Cond is copied” 。

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