這是一個建立於 的文章，其中的資訊可能已經有所發展或是發生改變。這篇文章中我們會研究一個基本的同步問題。並使用 Golang 中原生的 Buffered Channels 來為這個問題找到一個簡潔的解決方案。## 問題現在假設我們我們有一堆 workers。為了充分發揮 CPU 多核的能力，我們讓每個 worker 運行在單獨的 goroutine 中：```gofor i := 0; i < workers; i++ {go worker()}```worker 需要做一系列的工作 job：```gofunc worker() {for i := 0; i < 3; i++ {job()}}```每次 job 前都需要在所有的 worker 上同步地先進行一次準備 bootstrap 的過程。也就是說，每個 worker 在執行 job 前，需要等待所有其他 worker 都完成 bootstrap 的準備。```gofunc worker() {for i := 0; i < 3; i++ {bootstrap()# wait for other workers to bootstrapjob()}}```還有件事。如果至少有一個 worker 仍在執行 job，則所有 worker 的下一次的 bootstrap 都不能開始。換句話說，每次的 bootstrap 都是為緊接著的 job 部分做準備的，所以不能在上一次的 job 尚未結束之前就開始下一次的 bootstrap：```gofunc worker() {for i := 0; i < 3; i++ {# wait for all workers to finish previous loopbootstrap()# wait for other workers to bootstrapjob()}}```我們的 bootstrap 部分內容為增長一個共用的計數器。job 部分為等待一段時間並列印計數器的內容：```gotype counter struct {c intsync.Mutex}func (c *counter) Incr() {c.Lock()c.c += 1c.Unlock()}func (c *counter) Get() (res int) {c.Lock()res = c.cc.Unlock()return}func worker(c *counter) {for i := 0; i < 3; i++ {# wait for all workers to finish previous loopc.Incr()# wait for other workers to do bootstraptime.Sleep(time.Duration(rand.Intn(100)) * time.Millisecond)fmt.Println(c.Get())}}```我們的目標是編寫一個程式並以下列情形列印數字： * 只有 n, 2\**n* 和 3\**n* 的數字被列印（因為每個 worker 迴圈 3 次） * 每次列印的數字不會比之前的數字小 * 每個數字會被列印 *n* 次如果有 3 個 worker，則期望輸出如下：```333666999```2 個 worker 的期望輸出：```224466```2 個 worker 不合法的輸出可能會是這樣：```242466```想一想可能的解決辦法。下面幾行我故意留空並不急著給大家答案。..............workers 會用一個名為迴環柵欄（reusable barrier，類似 Java 中的 CyclicBarrier）的資料結構來實現同步。每個柵欄包含 2 扇門。第 1 扇門放置於增長計數器之前，一開始是關閉的。關閉的門意味著到達這扇門的 worker 會被阻塞。一旦所有的 worker 到達了第 1 扇門：* 第 2 扇門（放置於增長計數器之後）會關閉* 第 1 扇門開啟所有的計數器會通過並增長計數器，接著成功到達第 2 扇門。一旦所有的 worker 都到達了第 2 扇門：* 第 1 扇門關閉* 第 2 扇門開啟worker 此時可以開始執行 job 並接著在下一次迴圈中再次抵達第 1 扇門。迴圈再次開始。整個過程：``` 1st gate 2nd gatev v-w1--> | | --w2-->|--w3--> | --w4-->| -w5--> | | --w1-->| | --w2-->| --w3-->| --w4-->| --w5-->| || --w1-->| --w2-->|--w3--> | --w4--> || --w5-->|| --w1-->| --w2-->| --w3-->| --w4-->|| --w5-->|--w1--> | || --w2--> --w3-->|--w4--> | | | --w5-->```下文有兩種解決方案，實現略有不同。下面的代碼可用來對兩種方案進行測試：```gopackage mainimport ("fmt""math/rand""sync""time"// Set this import spec to point// to the copy of one of proposed// solutions."path/to/package/barrier")func init() {rand.Seed(time.Now().Unix())}type counter struct {c intsync.Mutex}func (c *counter) Incr() {c.Lock()c.c += 1c.Unlock()}func (c *counter) Get() (res int) {c.Lock()res = c.cc.Unlock()return}func worker(c *counter, br *barrier.Barrier, wg *sync.WaitGroup) {for i := 0; i < 3; i++ {br.Before()c.Incr()br.After()time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(100)) * time.Millisecond)fmt.Println(c.Get())}wg.Done()}func main() {var wg sync.WaitGroupworkers := 3br := barrier.New(workers)c := counter{}for i := 0; i < workers; i++ {wg.Add(1)go worker(&c, br, &wg)}wg.Wait()}```柵欄必須實現 *Before* 和 *After* 兩個方法，各自對應第 1 和第 2 扇門。## 解決方案 1我們需要容量為 1 的 buffered channel：```goch := make(chan int, 1)```門的邏輯可以通過先從 channel 中接收資料，然後再次向其中發送資料來實現：```go<-chch <- 1```如果 channel 中包含元素數量為 1，則表示門是開的。它會讓一個 worker 通過並往 channel 中放入新的元素以使另外一個 worker 通過，依此類推。如果 channel 中沒有元素了則表示門關閉了。接著 worker 從 channel 中接收元素就會被阻塞。```go// github.com/mlowicki/barrierpackage barrier import "sync"type Barrier struct {c intn intm sync.Mutexbefore chan intafter chan int}func New(n int) *Barrier {b := Barrier{n: n,before: make(chan int, 1),after: make(chan int, 1),}// close 1st gateb.after <- 1 return &b}func (b *Barrier) Before() {b.m.Lock()b.c += 1if b.c == b.n {// close 2nd gate<-b.after// open 1st gateb.before <- 1}b.m.Unlock()<-b.beforeb.before <- 1}func (b *Barrier) After() {b.m.Lock()b.c -= 1if b.c == 0 { // close 1st gate <-b.before // open 2st gate b.after <- 1}b.m.Unlock()<-b.afterb.after <- 1}```## 解決方案 2這個方案使用了容量和 worker 數量 *n* 相等的 buffered channel。現在我們不再讓 worker 一個接一個地依次通過，而是在 channel 中放入 *n* 個元素來使所有的 worker 一次性通過：```go// github.com/mlowicki/barrier2package barrierimport "sync"type Barrier struct {c intn intm sync.Mutexbefore chan intafter chan int}func New(n int) *Barrier {b := Barrier{n: n,before: make(chan int, n),after: make(chan int, n),}return &b}func (b *Barrier) Before() {b.m.Lock()b.c += 1if b.c == b.n {// open 2nd gatefor i := 0; i < b.n; i++ {b.before <- 1}}b.m.Unlock()<-b.before}func (b *Barrier) After() {b.m.Lock()b.c -= 1if b.c == 0 {// open 1st gatefor i := 0; i < b.n; i++ {b.after <- 1}}b.m.Unlock()<-b.after}```## 參考* "The Little Book of Semaphores" --- Allen B. Downey
via: https://medium.com/golangspec/reusable-barriers-in-golang-156db1f75d0b
作者：Michał Łowicki 譯者：alfred-zhong 校對：rxcai
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