盘点总结2023年Go并发库有哪些变化

 更新时间:2023年12月20日 09:41:59   作者:晁岳攀(鸟窝) 鸟窝聊技术  
这篇文章主要为大家介绍了2023年Go并发库的变化盘点总结,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪

引言

2023 年来, Go 的并发库又有了一些变化,这篇文章是对这些变化的综述。小细节的变化,比如 typo、文档变化等无关大局的变化就不介绍了。

sync.Once

Go 1.21.0 中增加了和 Once 相关的三个函数,便于 Once 的使用。

func OnceFunc(f func()) func()
func OnceValue[T any](f func( "T any") T) func() T
func OnceValues[T1, T2 any](f func( "T1, T2 any") (T1, T2)) func() (T1, T2)

这三个函数的功能分别是:

  • OnceFunc:返回一个函数g,多次调用这个函数g,只会执行一次f。如果f执行时 panic, 则后续调用这个函数g不会再执行f,但是每次调用都会 panic。

  • OnceValue:返回一个函数g,多次调用这个函数g,只会执行一次f,函数g返回值类型是 T。比上一个g多了一个返回值。panic 原理同上。

  • OnceValues:返回一个函数g,多次调用这个函数g,只会执行一次f,函数g返回值类型是(T1, T2)。比上一个g又多了一个返回值。panic 原理同上。

当然理论上你还可以增加更多的函数,返回更多的返回值,因为 Go 没有 Tuple 类型,所以这里还不能简化函数g的返回值为 Tuple 类型。反正 Go 1.21.0 就只增加了这三个函数。

这个有什么好处呢?先前我们使用sync.Once的时候,比如初始化一个线程池,我们需要定义一个线程池的变量,每次访问线程池变量的时候,我需要调用一下sync.Once.Do:

func TestOnce(t *testing.T) {
 var pool any
 var once sync.Once
 var initFn = func() {
  // init pool
  pool = 1
 }

 for i := 0; i < 10; i++ {
  once.Do(initFn)
  t.Log(pool)
 }
}

如果使用OnceValue,就可以简化代码:

func TestOnceValue(t *testing.T) {
 var initPool = func() any {
  return 1
 }
 var poolGenerator = sync.OnceValue(initPool)

 for i := 0; i < 10; i++ {
  t.Log(poolGenerator())
 }
}

代码略微简化,获取单例的时候只需调用返回的函数g即可。

所以基本上,这三个函数只是对 sync.Once 做了封装,更方便使用。

理解 copyChecker

我们知道, sync.Cond有两个字段noCopycheckernoCopy通过go vet工具能够静态编译时检查出来,但是checker是在运行时检查的:

type Cond struct {
 noCopy noCopy
 // L is held while observing or changing the condition
 L Locker
 notify  notifyList
 checker copyChecker
}

先前copyChecker的判断条件如下,虽然简单的三行,但是不容易理解:

func (c *copyChecker) check() {
 if uintptr(*c) != uintptr(unsafe.Pointer(c)) &&
  !atomic.CompareAndSwapUintptr((*uintptr)(c), 0, uintptr(unsafe.Pointer(c))) &&
  uintptr(*c) != uintptr(unsafe.Pointer(c)) {
  panic("sync.Cond is copied")
 }
}

现在加上了注释,解释了这三行的意义:

func (c *copyChecker) check() {
 // Check if c has been copied in three steps:
 // 1. The first comparison is the fast-path. If c has been initialized and not copied, this will return immediately. Otherwise, c is either not initialized, or has been copied.
 // 2. Ensure c is initialized. If the CAS succeeds, we're done. If it fails, c was either initialized concurrently and we simply lost the race, or c has been copied.
 // 3. Do step 1 again. Now that c is definitely initialized, if this fails, c was copied.
 if uintptr(*c) != uintptr(unsafe.Pointer(c)) &&
  !atomic.CompareAndSwapUintptr((*uintptr)(c), 0, uintptr(unsafe.Pointer(c))) &&
  uintptr(*c) != uintptr(unsafe.Pointer(c)) {
  panic("sync.Cond is copied")
 }
}

主要逻辑

在以下 3 步:

  • 第一步是一个快速检查,直接比较 c 指针和 c 本身的指针,如果不相等则表示已被复制。这是最快的检查路径。

  • 第二步确保 c 已经被初始化。使用 CAS (CompareAndSwap)来初始化。如果 CAS 失败,说明c 已经在其他 goroutine 初始化,或者被复制了。

  • 第三步再次执行第一步的检查。因为这时我们清楚的知道 c 已经初始化了,所以如果检查失败,就可以确认 c 被复制了。

整个逻辑就是使用 CAS 配合两次指针检查,来确保判断的正确性。

总的来说,第一步快速检查是性能优化。第二步使用 CAS 确保初始化。第三步再次检查来确保判断。

sync.Map 的一处优化

先前, sync.Map 的 Range 函数的实现如下:

func (m *Map) Range(f func(key, value any) bool) {
    ...
    if read.amended {
   read = readOnly{m: m.dirty}
   m.read.Store(&read)
   m.dirty = nil
   m.misses = 0
 }
    ...
}

其中有一段代码:m.read.Store(&read),会导致read逃逸到堆上,通过下面的一个小技巧,避免了read的逃逸(通过一个新的变量):

func (m *Map) Range(f func(key, value any) bool) {
    ...
 if read.amended {
  read = readOnly{m: m.dirty}
  copyRead := read
  m.read.Store(&copyRead)
  m.dirty = nil
  m.misses = 0
 }
    ...
}

issue #62404[1]对这个问题进行了分析。

sync.Once 的实现中 done 使用 atomic.Uint32 替换

先前sync.Once的实现如下:

type Once struct {
 done uint32
 m    Mutex
}

其中字段done是一个uint32类型,用来表示Once是否已经执行过了。这个字段的类型是uint32,而不是bool,是因为uint32类型可以使用atomic包的原子操作,而bool类型不能。

现在sync.Once的实现如下:

type Once struct {
 done atomic.Uint32
 m    Mutex
}

自从 go 1.19 提供了对基本类型的原子封装,Go 标准库大量代码都被atomic.XXX类型锁替换。

我个人认为,目前这个修改相对于先前的实现,性能上在某些情况下可能会有性能的下降,我会专门写一篇文章进行探讨。

除了sync.Once,还有一批类型使用了atomic.XXX类型替换原来的使用方法,有必要可以进行替换么?

sync.OnceFunc 初始实现的优化

初始的sync.OnceFunc的实现如下:

func OnceFunc(f func()) func() {
 var (
  once  Once
  valid bool
  p     any
 )
 g := func() {
  defer func() {
   p = recover()
   if !valid {
    panic(p)
   }
  }()
  f()
  valid = true
 }
 return func() {
  once.Do(g)
  if !valid {
   panic(p)
  }
 }
}

仔细看这段代码,你会发现,传递给OnceFunc/OnceValue/OnceValues的函数f,即使执行完一次,只要返回的g函数好活着没有被垃圾回收,这个f就一直存活。这是没必要的,因为f只需要执行一次,执行完就可以被垃圾回收了。所以,这里可以对f进行一次优化,让f执行完就设置为nil,这样就可以被垃圾回收了。

func OnceFunc(f func()) func() {
 var (
  once  Once
  valid bool
  p     any
 )
 // Construct the inner closure just once to reduce costs on the fast path.
 g := func() {
  defer func() {
   p = recover()
   if !valid {
    // Re-panic immediately so on the first call the user gets a
    // complete stack trace into f.
    panic(p)
   }
  }()
  f()
  f = nil      // Do not keep f alive after invoking it.
  valid = true // Set only if f does not panic.
 }
 return func() {
  once.Do(g)
  if !valid {
   panic(p)
  }
 }
}

context

我们知道,在 Go 1.20 中, 新增加了一个WithCancelCause方法(func WithCancelCause(parent Context) (ctx Context, cancel CancelCauseFunc)),我们在cancel的时候可以把 cancel 的原因传递给WithCancelCause产生的 Context,这样可以通过context.Cause方法获取到cancel的原因。

ctx, cancel := context.WithCancelCause(parent)
cancel(myError)
ctx.Err() // 返回 context.Canceled
context.Cause(ctx) // 返回 myError

当然这个实现只进行了一半,因为超时相关的 Context 也需要增加这个功能,所以在 Go 1.21.0 中又新增了两个相关的函数:

func WithDeadlineCause(parent Context, d time.Time, cause error) (Context, CancelFunc)
func WithTimeoutCause(parent Context, timeout time.Duration, cause error) (Context, CancelFunc)

这两个和WithCancelCause还不太一样,不是利用返回的 cancel 函数传递原因,而是直接在函数参数中传递原因。

Go 1.21.0 还增加了一个AfterFunc函数,这个函数和time.AfterFunc类似,但是返回的是一个Context,这个Context在超时后会自动取消,这个函数的实现如下:

func AfterFunc(ctx Context, f func()) (stop func() bool)

指定的Context在在 done(超时或者取消),如果 context 已经 done,那么f立即被调用。返回的stop函数用来停止f的调用,如果stop被调用并且返回 true,f不会被调用。

这是一个辅助函数,但是难以理解,估计这个函数不会被广泛的使用。

其他一些小性能的优化比如type emptyCtx int替换成type emptyCtx struct{}等等就不用提了。

增加了一个func WithoutCancel(parent Context) Context, 当 parent 被取消时,不会波及到这个函数返回的 Context。

Coroutines for Go

在今年 7 月,Russ Coxx 写了一篇巨论:Coroutines for Go[2]。

个人不看好在 Go 标准库实现这个东西,我感觉 Rob Pike 也不会同意,但是这个东西社区如果去实现一个库,我觉得还是有可能的,返回如果大家不看好,社区的库自然会消亡。

否则,渐渐的 Go 迷失了它的初心: 简单好用。

社区的一些协程库:

  • coroutine[3]

  • routine[4]

  • gocoro[5]

你在 go.dev 还能搜到一些,这里就不赘述了。

golang.org/x/sync 没有明显改动

errgroup支持使用withCancelCause设置 cause。singleflight的 panicError 增加 Unwrap 方法。

参考资料

[1]

issue #62404: https://github.com/golang/go/issues/62404

[2]

Coroutines for Go: https://research.swtch.com/coro

[3]

coroutine: https://github.com/stealthrocket/coroutine

[4]

routine: https://github.com/solarlune/routine

[5]

gocoro: https://github.com/SolarLune/gocoro

以上就是盘点总结2023年Go并发库有哪些变化的详细内容,更多关于Go 并发库变化的资料请关注脚本之家其它相关文章!

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