Golang函数的并发编程和竞态条件分析

介绍

现代编程语言往往具备并发编程能力，Golang也不例外。作为一个高效且可以适应高负荷的编程语言，Golang的并发编程被广泛应用于Web服务以及分布式系统中。

但是，并发编程不可避免的会引发“竞态条件”（race condition）问题。竞态条件指的是多个进程或线程试图同时访问同一资源时所引发的问题。它会导致程序出现不可预料的结果或信号错误。

竞态条件的解决方案

在并发编程中，引入锁机制是解决竞态条件的重要手段。Golang为高效的并发编程提供了内置Lock和RWMutex锁机制，通过它们可以保证数据多次读写的安全性。

package main

import (
    "sync"
    "fmt"
)

// 存储一个数字
var num int 

// 创建一个读写锁
var lock sync.RWMutex

// 写入数字
func writeNum(i int, wg *sync.WaitGroup) {
    // 在函数结束时解锁
    defer lock.Unlock() 
    // 写入锁上
    lock.Lock()        
    num = i
    fmt.Printf("Write %d\n", num)
    wg.Done()
}

// 读取数字
func readNum(wg *sync.WaitGroup) {
    // 在函数结束时解锁
    defer lock.RUnlock()
    // 读取锁上
    lock.RLock()
    fmt.Printf("Read %d\n", num)
    wg.Done()
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    // 写数值1
    wg.Add(1)
    go writeNum(1, &wg)
    // 写数值2
    wg.Add(1)
    go writeNum(2, &wg)
    // 读数值
    wg.Add(1)
    go readNum(&wg)
    wg.Wait()
}

在上述代码示例中，我们通过RWMutex锁机制实现了对num变量的读写信息操作。Lock锁会在写入操作时阻塞其他并发请求，直到当前写入操作完成；而RWMutex则允许多个并发读取操作，则在写入时互斥。

并发编程的陷阱

在Golang并发编程中，我们需要注意以下两个陷阱：

陷阱1：等待组死锁问题

等待组是Golang中一种常用的并发编程控制工具，可以控制所有协程结束或达到指定状态。但是，等待组会因为结构体的值复制问题出现死锁。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    par := map[int]int{
        1: 2,
        2: 4,
        3: 6,
    }

    for _, v := range par {
        // 死锁
        wg.Add(v)
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println("done")
}

在上述代码示例中，由于等待组Add函数的参数为int类型，因此在第一个协程完成等待组的管理操作后，就会把这个值复制给其他协程，导致死锁。

陷阱2：资源泄漏问题

Golang的并发编程做GC的管理是非常复杂的，过多的资源泄漏问题会导致进程无法正常运行。

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    for i := 0; i < 100000; i++ {
        go func() {
            time.Sleep(time.Second)
            fmt.Println(i)
        }()
    }

    time.Sleep(time.Hour)
}

在上述代码示例中，我们创建了100000个协程，每个协程等待一秒钟后，打印出i所在的值。但是，由于goroutine的特点，当主协程已经完成，我们创建的100000个协程依然在等待内存垃圾回收。

总结

通过Golang内置的锁机制，我们可以高效地解决竞态条件。但是，在Golang并发编程时需要注意避开陷阱，避免导致程序死锁和资源泄漏。