077-内存同步

Posted 2022-12-15 --Allen--

还记得前面的银行账户存款的例子吗？为了解决竞争问题，我们曾经使用了 sync.Mutex 来保护共享变量。

特别的，在读取 balance 变量的时候，我们是这样写的：

func Balance() int 
    mu.Lock()
    defer mu.Unlock()
    return balance

当时我们说到，这里加锁需要进一步讨论。这种情况也是并发编程里让人感到相当困惑的地方。

1. 例子

我们来看一个简单的例子。

var x, y int

// goroutine A
go func() 
    x = 1
    fmt.Printf("y: %d ", y)
()

// goroutine B
go func() 
    y = 1
    fmt.Printf("x: %d ", x)
()

仅通过分析，我们能预见的可能的结果有：

y: 1 x: 1
x: 0 y: 1
y: 1 x: 0
x: 1 y: 1

然而，实际在运行的时候，可能还会出现下面的结果：

x: 0 y: 0
y: 0 x: 0

这已经不是传统意义上的编译器和 cpu 的工作方式了。这个问题不只会出现在 Golang 里，同样也会出现在你所编写的 C/C++ 的程序里。（并发编程是一件挑战性极高的事，不是说加个锁你的程序就没问题了。）

上面的结果要怎么解释呢？

1.1 指令重排

一般来说，在一个 goroutine 里，每条语句的执行顺序都是保证的。但是，在不使用 channel 且不使用 mutex 这样的显式同步操作的时候，我们就没办法保证每条语句的执行顺序（指令重排）。

这样一来，编译器就有可能在编译这两个 goroutine 的时候，就有可能将赋值操作放到 print 语句后面。

1.2 内存同步

除了编译器指令重排可能导致这种问题外，在多核处理器中，还会有主存同步的问题。

现代处理器为了提高运行效率，每个核心都有自己的 Local Cache，并且在必要的时候，将其 commit 到内存（主存同步）。

在 Golang 里像 channel 通信，互斥操作这样的原语都会触发“主存同步”。只有这样，在一个 goroutine 里的执行结果，才能被运行在其它 cpu 或其它核心的 goroutine 所看到。

在上面的盒子里，goroutine A 和 B 都没有使用 channel 或是 mutex 这样的操作，因此有可能不会触发主存同步。如果这两个 gorotuine 运行在不同的 cpu 核心上，这样一来，两个 goroutine 所看到的内存也可能不一样（内存可见性）。

假设 goroutine B 先执行，y = 1, 并打印出 x = 0，但是 goroutine A 所看到的 y 未必就是 1. 因为 goroutine A 运行在自己的核心上，它所读取的是自己核心中的缓存，所以 goroutine 可能看到的 y 还是 0。

2. 总结

• 主存同步
• 内存一致性
• 指令重排