Go語言開發(fā)必知的一個內(nèi)存模型細節(jié)

第Go語言開發(fā)必知的一個內(nèi)存模型細節(jié)目錄引言內(nèi)存模型定義是什么happens-before是什么A不一定happens-beforeBGo語言中的happens-before定義GoChannel實例例子1例子2例子3例子4總結(jié)

引言

在日常工作中，如果我們能夠了解Go語言內(nèi)存模型，那會帶來非常大的作用。這樣在看一些極端情況，又或是變態(tài)面試題的時候，就能夠明白程序運行表現(xiàn)下的很多根本原因了。

當然，靠一篇普通文章講完Go內(nèi)存模型，不可能。因此今天這篇文章，把重點劃在給大家講解Go語言的happens-before原則這1個細節(jié)。

內(nèi)存模型定義是什么

既然要了解happens-before原則，我們得先知道TheGoMemoryModel（Go內(nèi)存模型）定義的是什么，官方解釋如下：

TheGomemorymodelspecifiestheconditionsunderwhichreadsofavariableinonegoroutinecanbeguaranteedtoobservevaluesproducedbywritestothesamevariableinadifferentgoroutine.

在Go內(nèi)存模型規(guī)定：在一個goroutine中讀取一個變量時，可以保證觀察到不同goroutine中對同一變量的寫入所產(chǎn)生的值的條件。

這是學習后續(xù)知識的一個大前提。

happens-before是什么

HappensBefore是一個專業(yè)術(shù)語，與Go語言沒有直接關(guān)系，也就是并非是特有的。用大白話來講，其定義是：

在一個多線程程序中，假設(shè)存在A和B兩個操作，如果A操作在B操作之前發(fā)生（Ahappens-beforeB），那么A操作對內(nèi)存的影響將會對執(zhí)行B的線程可見。

A不一定happens-beforeB

從happens-before定義來看，我們可以反過來想。那就是：

在同一個（相同）線程中，如果都執(zhí)行A和B操作，并且A的聲明一定在B之前，那么A一定先于（happens-before）B發(fā)生。

以下述Go代碼例子：

var

A

int

var

B

int

func

main()

{

A

=

B

+

1

(1)

B

=

1

(2)

}

該代碼是在同一個maingoroutine，全局變量A在變量B之前聲明。

在main函數(shù)中，代碼行(1)，也在代碼行(2)之前。因此我們可以得出(1)一定會在(2)前執(zhí)行，對嗎？

答案是：錯誤的，因為Ahappens-beforeB并不意味著A操作一定會在B操作之前發(fā)生。

實際上在編譯器中，上述代碼在匯編的真正執(zhí)行順序如下：

0x0000

00000

(main.go:7)

MOVQ

"".B(SB),

AX

0x0007

00007

(main.go:7)

INCQ

AX

0x000a

00010

(main.go:7)

MOVQ

AX,

"".A(SB)

0x0011

00017

(main.go:8)

MOVQ

$1,

"".B(SB)

(2)：加載B到寄存器AX。(2)：進行B=1賦值，在代碼中執(zhí)行為INCQ自增。(1)：將寄存器AX中值加上1后賦值給A。

通過上述分析，我們可以得知。在代碼行(1)在(2)之前，但確實(2)比(1)更早執(zhí)行。

那么這是不是意味著違反了happens-before的設(shè)計原則，畢竟這可是同個線程里的操作，Go編譯器有BUG？

其實不然，因為對A的賦值實質(zhì)上對B的賦值沒有影響。所以并沒有違反happens-before的設(shè)計原則。

Go語言中的happens-before

在《TheGoMemoryModel》中，給出了Go語言中HappensBefore的明確語言定義。

以下術(shù)語將會在介紹中用到：

變量v：一個指代性的變量，用于示例演示。讀r：代表讀操作。寫w：代表寫操作。

定義

在滿足如下兩點條件下，允許對變量v的讀r觀察對v的寫w：

r在w之前沒有發(fā)生。沒有其他寫到v的w發(fā)生在w之后但在r之前。

為了保證變量v的讀r觀察到對v的特定寫w，確保w是唯一允許r觀察的寫。

因此如果以下兩點都成立，就能保證r能觀察到w：

w發(fā)生在r之前。對共享變量v的任何其他寫入都發(fā)生在w之前或r之后。

這看起來比較生澀，接下來我們以《TheGoMemoryModel》中具體的channel例子來進行進一步說明，會更好理解一些。

GoChannel實例

在Go語言中提倡不要通過共享內(nèi)存來進行通訊；相反，應(yīng)當通過通訊來共享內(nèi)存：

Donotcommunicatebysharingmemory;instead,sharememorybycommunicating.

因此在Go工程中，Channel是一個非常常用的語法。在原則上其需要遵守：

一個channel上的發(fā)送是在該channel的相應(yīng)接收完成之前發(fā)生的。channel的關(guān)閉發(fā)生在接收之前，因為通道被關(guān)閉而返回一個零值。一個無緩沖channel的接收發(fā)生在該channel的發(fā)送完成之前。一個容量為C的channel上，第k次接收發(fā)生在該channel的第k+C次發(fā)送完成之前。

接下來根據(jù)這四條原則，我們逐一給出例子，用于學習和理解。

例子1

Gochannel例子1，你認為輸出的結(jié)果是什么。如下：

var

c

=

make(chan

int,

10)

var

a

string

func

f()

{

a

=

"炸煎魚"

(1)

c

-

0

(2)

func

main()

{

go

f()

-c

(3)

print(a)

(4)

}

答案是空字符串嗎？

程序最終結(jié)果是正常輸出炸煎魚的，原因如下：

(1)happens-before(2)。(4)happens-after(3)。

當然，最后(1)寫入變量a的操作，必然happens-before于(4)print方法，因此正確的輸出了炸煎魚。

能夠滿足一個channel上的發(fā)送是在該channel的相應(yīng)接收完成之前發(fā)生的。

例子2

主要是確保了關(guān)閉管道時的行為。只需要在前面的例子中，替換c-0成close(c)就能夠產(chǎn)生具有相同的行為保證的程序。

能夠滿足channel的關(guān)閉發(fā)生在接收之前，因為通道被關(guān)閉而返回一個零值。

例子3

Gochannel例子3，你認為輸出的結(jié)果是什么。如下：

var

c

=

make(chan

int)

var

a

string

func

f()

{

a

=

"煎魚進腦子了"

(1)

-c

(2)

func

main()

{

go

f()

c

-

0

(3)

print(a)

(4)

}

答案是空字符串嗎？

程序最終結(jié)果是正常輸出煎魚進腦子了的，原因如下：

(2)happens-before(3)。(1)happens-before(4)。

能夠滿足一個無緩沖channel的接收發(fā)生在該channel的發(fā)送完成之前。

如果我們把無緩沖改為make(chanint,1)，也就是帶緩沖的channel，則無法保證正常的輸出煎魚進腦子了。

例子4

Gochannel例子4，這個程序為工作列表中的每個條目啟動一個goroutine，但goroutine使用channel進行協(xié)調(diào)，以確保每次最多只有三個工作函數(shù)在運行。

代碼如下：

var

limit

=

make(chan

int,

3)

func

main()

{

for

_,

w

:=

range

work

{

go

func(w

func())

{

limit

-

1

w()

-limit

}(w)

select{}

}

能夠滿足一個容量為C的channel上，第k次接收發(fā)生在該channel的第k+C次發(fā)送完成之前。

總結(jié)

在本文中，我們針對happens-before原則進行了基本的說明。同時結(jié)合Go語言中實際的happens-before和happens-after的場景進了展示和講解。