Go语言快速入门笔记(5)--PV原语简介，sync包实现互斥与同步

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本文介绍了并发编程中的互斥和同步概念，并详细讲解了PV原语，通过Go语言的sync包实现互斥锁和同步锁。以火车售票问题为例，阐述了如何使用sync.Mutex和sync.WaitGroup解决并发中的资源竞争和同步问题。

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GO语言快速入门

什么是互斥和同步
PV原语
sync包
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什么是互斥和同步

前提概念：
- 并发：同时发生
- 临界资源：一次允许一个程序访问的资源
互斥：并发程序使用临界资源，程序间存在竞争关系
同步：并发程序工作需要秩序，程序间存在合作关系

注意：由于go语言是协程并发，因此本文的并发单位都是协程

PV原语

概念：PV原语是通过操作信号量来处理进程间的同步与互斥的一段不可分割的程序
P原语：
(1) 信号量减1;
(2) 若信号量减1后仍大于或等于零,则该程序继续执行;
(3) 若信号量减1后小于零,则该程序被阻塞后进入等待队列中。
V原语：
(1) 信号量加1;
(2) 若结果大于零,则程序继续执行;
(3) 若结果小于或等于零,则从等待队列中唤醒一等待程序;
举例
火车售票问题：售票处有w个售票窗口，有n张车票等待发售，所有窗口同时开启售票，请设计一个方案保证最终售票总和不会出现误差，在所有窗口的车票都卖完后向公众提示“车票已售罄”。

分析：
1. 售票窗口售票这个动作是并发的
2. 车票被多个售票窗口同时竞争，因此车票是临界资源，售票窗口间存在互斥关系，车票需要设置一个互斥信号量来保证数据安全
3. 所有售票窗口都售罄后才能通知“车票已售罄”，因此通知这个动作和各个窗口报告售罄的动作间存在同步关系
方案设计如下：

	main(){
		w=4	//4个售票窗口
		n=100	//共100张票
		mutex=1	//车票互斥信号量
		signal=0	//通知同步信号量
		soleTickets()	//售票程序
		soleTickets()	//售票程序
		soleTickets()	//售票程序
		soleTickets()	//售票程序
		notice()	//通知程序
	}
	soleTickets(){
		while (true){
			P(mutex)	//锁住车票操作权
			if n == 0:
				V(mutex)	//释放车票操作权
				break
			n = n - 1
			V(mutex)	//释放车票操作权
		}
		V(signal)	//释放通知信号
	}
	notice(){
		//获取4次通知信号才能发出通知消息
		P(signal)	
		P(signal)	
		P(signal)	
		P(signal)
		通知车票已售罄
	}

sync包

sync.Mutex实现互斥锁

互斥锁声明

	var mutex = sync.Mutex{}

互斥锁上锁

	mutex.Lock()	//等价于P(mutex)

互斥锁解锁

	mutex.Unlock()	//等价于V(mutex)

sync.WaitGroup实现同步锁

同步锁声明

	var signal = sync.WaitGroup{}

同步锁设置等待信号量（整型）

	signal.Add(n)	//等价于声明signal需要执行n次P操作

同步锁解锁

	signal.Done()	//等价于V(signal)

等待同步锁解锁

	signal.Wait()	//等价于P(signal)执行n次

火车售票问题sync包实现

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var tickets = 100
var mutex = sync.Mutex{}	//互斥信号量
var signal = sync.WaitGroup{}	//同步信号量

func main() {
	signal.Add(4)
	for i := 0; i < 4; i++ {
		go soleTickets(i)
	}
	signal.Wait()
	fmt.Println("售票结束...")
}

func soleTickets(n int) {
	for {
		mutex.Lock()
		if tickets == 0 {
			fmt.Printf("%d号售票窗车票售空...\n", n)
			mutex.Unlock()
			break
		}

		fmt.Printf("%d号售票窗正在售票，剩余票数：%d\n", n, tickets)
		tickets--
		mutex.Unlock()
	}
	signal.Done()
}