并发编程中的互斥需求
在并发编程中，多个Goroutine可能同时访问和修改共享资源（如变量、数据结构、文件等）。如果不加以控制，这种并发访问可能导致数据不一致、竞态条件等问题。为了避免这些问题，我们需要确保在任何给定时刻，只有一个Goroutine能够访问和操作特定的共享资源或执行特定的代码段。这个需要被独占执行的代码段被称为“临界区”（Critical Section）。
例如，考虑三个并发运行的Goroutine，每个Goroutine都包含一个“关键操作序列”（如发送数据和打印信息）。我们希望当其中一个Goroutine正在执行其关键操作序列时，其他Goroutine的关键操作序列必须被阻塞，直到当前Goroutine完成。这正是互斥（Mutual Exclusion）的核心需求。
Go语言的互斥原语：sync.Mutex
Go语言标准库提供了sync包，其中sync.Mutex是实现互斥锁的基本原语。Mutex（互斥锁）通过以下两个方法来控制对临界区的访问：
- Lock()：获取锁。如果锁已被其他Goroutine持有，当前Goroutine将阻塞，直到锁被释放。
- Unlock()：释放锁。释放锁后，其他等待的Goroutine可以竞争获取锁。
正确使用Lock()和Unlock()可以确保临界区在任何时候都只有一个Goroutine在执行。
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实现关键代码段的独占执行：单共享互斥锁方案
对于上述场景，最直接且推荐的实现方式是使用一个单一的共享互斥锁来保护所有Goroutine的临界区。当任何一个Goroutine进入其临界区之前，它会尝试获取这个共享锁；完成后，它会释放这个锁。这样，无论哪个Goroutine，只要它想进入临界区，都必须先获得这把唯一的锁，从而保证了临界区的独占性。
示例代码
以下代码演示了如何使用一个共享的sync.Mutex来确保三个Goroutine的关键操作序列（模拟的打印事件）互斥执行。
package main
import (
"fmt"
"math/rand"
"sync"
"time"
)
var (
// 定义一个全局共享的互斥锁，用于保护所有Goroutine的临界区
sharedMutex sync.Mutex
// WaitGroup 用于等待所有Goroutine完成
wg sync.WaitGroup
)
// 模拟一些非关键操作
func doSomething(routineID int, stage string) {
fmt.Printf("Routine %d: %s - 执行非关键操作...\n", routineID, stage)
time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(50)) * time.Millisecond) // 模拟耗时
}
// 模拟关键操作序列（临界区）
func criticalSection(routineID int) {
fmt.Printf("Routine %d: 进入关键操作区。\n", routineID)
// 模拟发送和打印事件，这里用多个打印语句代替
for i := 0; i < 3; i++ {
fmt.Printf("Routine %d: 关键事件 %d\n", routineID, i+1)
time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(30)) * time.Millisecond) // 模拟耗时
}
fmt.Printf("Routine %d: 退出关键操作区。\n", routineID)
}
// 每个Goroutine的执行逻辑
func runRoutine(id int) {
defer wg.Done() // Goroutine完成时通知WaitGroup
doSomething(id, "前置操作")
// 在进入关键操作区前获取锁
sharedMutex.Lock()
criticalSection(id)
// 在退出关键操作区后释放锁
sharedMutex.Unlock()
doSomething(id, "后置操作")
}
func main() {
rand.Seed(time.Now().UnixNano()) // 初始化随机数种子
wg.Add(3) // 告知WaitGroup将启动3个Goroutine
go runRoutine(1)
go runRoutine(2)
go runRoutine(3)
wg.Wait() // 等待所有Goroutine完成
fmt.Println("所有Goroutine已完成。")
}代码解析
- sharedMutex sync.Mutex: 我们声明了一个全局的sharedMutex变量，所有runRoutine函数实例都将使用这同一个锁。
- sharedMutex.Lock() 和 sharedMutex.Unlock(): 在runRoutine函数中，`criticalSection(
