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Golang的并发内存模型特点是什么 解析happens-before原则

P粉602998670

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发布时间:2025-08-02 12:01:05

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来源于php中文网

原创

go 的并发内存模型通过“happens-before”原则确保操作的可见性和顺序。1. 同一个 goroutine 中代码顺序即 happens-before 顺序;2. channel 发送 happens-before 接收;3. mutex.unlock happens-before 下一次 lock;4. sync.once 保证初始化完成前的操作对所有后续访问可见;5. 原子操作提供同步保障。若未显式建立该关系,则可能因重排导致行为不确定。

Golang的并发内存模型特点是什么 解析happens-before原则

Golang 的并发内存模型和大多数现代编程语言类似,基于“happens-before”原则来定义多个 goroutine 之间操作的可见性与顺序。简单来说,Go 不保证多 goroutine 下变量读写的顺序一致性,除非你通过 channel、sync 包或者原子操作明确建立 happens-before 关系。

Golang的并发内存模型特点是什么 解析happens-before原则

什么是 happens-before 原则?

happens-before 是一种逻辑关系,用来描述两个操作之间的执行顺序和可见性。如果操作 A happens-before 操作 B,那么 A 的结果对 B 是可见的,并且 A 的执行在 B 之前完成。

Golang的并发内存模型特点是什么 解析happens-before原则

Go 内存模型中有一些默认规则,比如:

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  • 同一个 goroutine 中的语句是按代码顺序(program order)执行的。
  • 如果 A 同步于(synchronizes with)B,那么 A happens-before B。
  • happens-before 具有传递性:A happens-before B,B happens-before C,则 A happens-before C。

这个原则的核心在于,只有建立了 happens-before 关系的操作之间才有顺序保障和数据可见性保障,否则可能被编译器或 CPU 重排。

Golang的并发内存模型特点是什么 解析happens-before原则

Go 中如何建立 happens-before 关系?

Go 提供了几种方式可以显式地建立 happens-before 关系,确保并发安全:

1. 使用 channel 发送/接收操作

channel 是 Go 最推荐的方式之一。发送操作 happens-before 对应的接收操作:

c := make(chan int)
var a string

go func() {
    a = "hello"
    c <- 0 // 发送
}()

<-c // 接收
println(a) // 能正确输出 hello

在这个例子中,

a = "hello"
happens-before
<-c
,所以
println(a)
能看到更新。

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2. sync.Mutex 或 sync.RWMutex

加锁和解锁操作之间也建立了 happens-before 关系:

  • 在 Mutex.Unlock() 之前的所有写操作,在下一次 Mutex.Lock() 之后都可见。
var mu sync.Mutex
var x int

go func() {
    mu.Lock()
    x++
    mu.Unlock()
}()

go func() {
    mu.Lock()
    fmt.Println(x) // 可以看到上面的 ++x
    mu.Unlock()
}()

3. sync.Once

用于只执行一次的初始化操作,内部已经封装了同步机制

var once sync.Once
var result string

func initResult() {
    result = "initialized"
}

once.Do(initResult)

无论多少个 goroutine 同时调用

once.Do()
,initResult 只会被执行一次,并且所有后续访问都能看到它的效果。

4. 使用 atomic 包进行原子操作

atomic.Load 和 atomic.Store 等操作提供了同步保障,适用于一些简单的并发场景。


为什么不能依赖变量顺序执行?

很多人初学并发时会误以为如下代码是线程安全的:

var a, b int

go func() {
    a = 1
    b = 2
}()

go func() {
    if b == 2 {
        fmt.Println(a) // 可能为 0!
    }
}()

这里的问题是:虽然看起来先写了 a 再写 b,但由于没有建立 happens-before 关系,CPU 或编译器可能会重排这两个赋值操作。因此,即使

b == 2
成立,也不能保证
a == 1


小结一下

Go 的并发内存模型并不提供全局顺序一致性,而是靠开发者手动建立 happens-before 来保证可见性和顺序。常见的手段包括使用 channel、sync.Mutex、Once、atomic 操作等。如果不小心处理,很容易写出看似合理但行为不确定的代码。

基本上就这些。

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