Go语言中sync.WaitGroup的深度解析与实践

sync.WaitGroup核心概念

sync.WaitGroup（等待组）是Go标准库sync包提供的一个类型，它用于等待一组并发操作完成。其核心思想是一个内部计数器：

• Add(delta int): 将计数器增加delta值。通常在启动新的goroutine之前调用，表示将有多少个goroutine需要等待。
• Done(): 将计数器减1。通常在每个goroutine完成其工作时调用。
• Wait(): 阻塞当前goroutine，直到计数器归零。这表示所有通过Add增加的goroutine都已通过Done完成。

简而言之，WaitGroup的工作流程是：主goroutine通过Add设置需要等待的goroutine数量，然后启动这些goroutine；每个子goroutine完成任务后调用Done；主goroutine调用Wait，直到所有子goroutine都调用了Done，计数器归零，主goroutine才能继续执行。

典型使用模式示例

以下是一个经典的sync.WaitGroup使用示例，展示了如何等待多个并发任务完成：

package main

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

// worker函数模拟一个耗时任务
func worker(id int, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done() // 确保在函数退出时调用Done()
    fmt.Printf("Worker %d: 任务开始...\n", id)
    time.Sleep(time.Duration(id) * 500 * time.Millisecond) // 模拟工作
    fmt.Printf("Worker %d: 任务完成。\n", id)
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup // 声明一个WaitGroup变量
    numWorkers := 5       // 启动5个worker goroutine

    fmt.Println("主协程：启动Worker...")

    for i := 1; i <= numWorkers; i++ {
        wg.Add(1) // 每启动一个worker，计数器加1
        go worker(i, &wg) // 启动goroutine，并传入WaitGroup的指针
    }

    fmt.Println("主协程：等待所有Worker完成...")
    wg.Wait() // 阻塞主协程，直到所有worker调用Done()

    fmt.Println("主协程：所有Worker已完成，程序退出。")
}

代码解析：

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1. 在main函数中，我们声明了一个sync.WaitGroup变量wg。
2. 通过循环启动了numWorkers个worker goroutine。
3. 在每次循环中，调用wg.Add(1)，表示我们期望有一个新的goroutine将要完成任务。
4. 将wg的地址（&wg）传递给worker函数，因为WaitGroup必须以指针形式传递给goroutine，以确保所有goroutine操作的是同一个WaitGroup实例。
5. 在worker函数内部，使用defer wg.Done()确保无论worker函数如何退出（正常完成或发生panic），wg.Done()都会被调用，从而将计数器减1。这是非常重要的，可以防止死锁。
6. 最后，在main函数中，调用wg.Wait()。这会使main goroutine阻塞，直到wg的内部计数器变为零（即所有worker goroutine都调用了Done()）。一旦计数器归零，main goroutine将恢复执行。

WaitGroup与Mutex的区别

在并发编程中，sync.WaitGroup和sync.Mutex是两种截然不同但同样重要的同步原语，它们解决的问题也不同：

• sync.WaitGroup (等待组)：

  • 目的：用于同步goroutine的完成。它确保主goroutine在所有子goroutine执行完毕之前不会退出。
  • 机制：通过一个内部计数器实现。Add增加计数，Done减少计数，Wait等待计数归零。
  • 适用场景：启动多个并发任务，并需要在所有任务完成后进行下一步操作，例如，等待所有数据处理完成、所有文件下载完成等。

• sync.Mutex (互斥锁)：

  • 目的：用于保护共享资源，确保在任何给定时间只有一个goroutine可以访问临界区（一段代码或数据），从而避免数据竞争。
  • 机制：通过Lock()和Unlock()方法实现。当一个goroutine持有锁时，其他试图获取锁的goroutine会被阻塞，直到锁被释放。
  • 适用场景：当多个goroutine需要读写同一个共享变量、数据结构或文件时，需要使用互斥锁来保证数据的一致性和完整性。

简单类比：

• WaitGroup就像一个“任务完成检查表”，主进程启动任务后，勾选任务，然后等待所有任务都被勾选完成。
• Mutex就像一个“房间的门锁”，一次只允许一个人进入房间（访问共享资源），其他人必须在门外等待。

混淆这两者是常见的错误。例如，不能用WaitGroup来保护共享变量的并发读写，那会导致数据竞争；同样，也不能用Mutex来等待一组goroutine的完成，它没有这样的功能。

注意事项

1. Add的调用时机：wg.Add(delta)应该在启动goroutine之前调用，或者至少在wg.Wait()被调用之前。如果在Wait()之后或并发地与Wait()同时调用Add，可能会导致死锁或逻辑错误。
2. Done的匹配：wg.Done()的调用次数必须严格等于wg.Add()的调用次数。如果Done调用次数少于Add，Wait将永远阻塞，导致死锁。如果Done调用次数多于Add，程序会panic。
3. WaitGroup的传递：WaitGroup必须以指针形式传递给goroutine（例如go worker(i, &wg)），否则每个goroutine会得到WaitGroup的一个副本，导致它们操作的是不同的计数器，从而无法正确同步。
4. 避免在循环中重复声明WaitGroup：WaitGroup应该在需要等待的goroutine集合的外部声明一次，而不是在每次循环中都声明一个新的WaitGroup。

总结

sync.WaitGroup是Go语言中处理并发任务完成同步的强大工具。通过理解其Add、Done和Wait方法的工作机制，并遵循正确的编程实践，开发者可以有效地管理并发流程，确保主协程在所有子协程完成其工作后才继续执行。同时，清晰地区分WaitGroup与Mutex的用途，是编写高效、正确并发Go程序的关键。掌握WaitGroup的使用，是Go语言并发编程的基础和重要一步。

以上就是Go语言中sync.WaitGroup的深度解析与实践的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！