资讯专栏INFORMATION COLUMN

Go语言核心36讲(Go语言实战与应用十三)--学习笔记

不知名网友 / 2267人阅读

摘要:在第二种方案中,我们封装的结构体类型的所有方法,都可以与类型的方法完全一致包括方法名称和方法签名。所以在设计这样的结构体类型的时候,只包含类型的字段就不够了。当参数或的实际类型不符合要求时,方法会立即引发。

35 | 并发安全字典sync.Map (下)

我们在上一篇文章中谈到了,由于并发安全字典提供的方法涉及的键和值的类型都是interface{},所以我们在调用这些方法的时候,往往还需要对键和值的实际类型进行检查。

这里大致有两个方案。我们上一篇文章中提到了第一种方案,在编码时就完全确定键和值的类型,然后利用 Go 语言的编译器帮我们做检查。

这样做很方便,不是吗?不过,虽然方便,但是却让这样的字典类型缺少了一些灵活性。

如果我们还需要一个键类型为uint32并发安全字典的话,那就不得不再如法炮制地写一遍代码了。因此,在需求多样化之后,工作量反而更大,甚至会产生很多雷同的代码。

知识扩展

问题 1:怎样保证并发安全字典中的键和值的类型正确性?(方案二)

那么,如果我们既想保持sync.Map类型原有的灵活性,又想约束键和值的类型,那么应该怎样做呢?这就涉及了第二个方案。

在第二种方案中,我们封装的结构体类型的所有方法,都可以与sync.Map类型的方法完全一致(包括方法名称和方法签名)。

不过,在这些方法中,我们就需要添加一些做类型检查的代码了。另外,这样并发安全字典的键类型和值类型,必须在初始化的时候就完全确定。并且,这种情况下,我们必须先要保证键的类型是可比较的。

所以在设计这样的结构体类型的时候,只包含sync.Map类型的字段就不够了。

比如:

type ConcurrentMap struct { m         sync.Map keyType   reflect.Type valueType reflect.Type}

这里ConcurrentMap类型代表的是:可自定义键类型和值类型的并发安全字典。这个类型同样有一个sync.Map类型的字段m,代表着其内部使用的并发安全字典。

另外,它的字段keyType和valueType,分别用于保存键类型和值类型。这两个字段的类型都是reflect.Type,我们可称之为反射类型。

这个类型可以代表 Go 语言的任何数据类型。并且,这个类型的值也非常容易获得:通过调用reflect.TypeOf函数并把某个样本值传入即可。

调用表达式reflect.TypeOf(int(123))的结果值,就代表了int类型的反射类型值。

我们现在来看一看ConcurrentMap类型方法应该怎么写。

先说Load方法,这个方法接受一个interface{}类型的参数key,参数key代表了某个键的值。

因此,当我们根据 ConcurrentMap 在m字段的值中查找键值对的时候,就必须保证 ConcurrentMap 的类型是正确的。由于反射类型值之间可以直接使用操作符==或!=进行判等,所以这里的类型检查代码非常简单。

func (cMap *ConcurrentMap) Load(key interface{}) (value interface{}, ok bool) { if reflect.TypeOf(key) != cMap.keyType {  return } return cMap.m.Load(key)}

我们把一个接口类型值传入reflect.TypeOf函数,就可以得到与这个值的实际类型对应的反射类型值。

因此,如果参数值的反射类型与keyType字段代表的反射类型不相等,那么我们就忽略后续操作,并直接返回。

这时,Load方法的第一个结果value的值为nil,而第二个结果ok的值为false。这完全符合Load方法原本的含义。

再来说Store方法。Store方法接受两个参数key和value,它们的类型也都是interface{}。因此,我们的类型检查应该针对它们来做。

func (cMap *ConcurrentMap) Store(key, value interface{}) { if reflect.TypeOf(key) != cMap.keyType {  panic(fmt.Errorf("wrong key type: %v", reflect.TypeOf(key))) } if reflect.TypeOf(value) != cMap.valueType {  panic(fmt.Errorf("wrong value type: %v", reflect.TypeOf(value))) } cMap.m.Store(key, value)}

这里的类型检查代码与Load方法中的代码很类似,不同的是对检查结果的处理措施。当参数key或value的实际类型不符合要求时,Store方法会立即引发 panic。

这主要是由于Store方法没有结果声明,所以在参数值有问题的时候,它无法通过比较平和的方式告知调用方。不过,这也是符合Store方法的原本含义的。

如果你不想这么做,也是可以的,那么就需要为Store方法添加一个error类型的结果。

并且,在发现参数值类型不正确的时候,让它直接返回相应的error类型值,而不是引发 panic。要知道,这里展示的只一个参考实现,你可以根据实际的应用场景去做优化和改进。

至于与ConcurrentMap类型相关的其他方法和函数,我在这里就不展示了。它们在类型检查方式和处理流程上并没有特别之处。你可以在 demo72.go 文件中看到这些代码。

稍微总结一下。第一种方案适用于我们可以完全确定键和值具体类型的情况。在这种情况下,我们可以利用 Go 语言编译器去做类型检查,并用类型断言表达式作为辅助,就像IntStrMap那样。

在第二种方案中,我们无需在程序运行之前就明确键和值的类型,只要在初始化并发安全字典的时候,动态地给定它们就可以了。这里主要需要用到reflect包中的函数和数据类型,外加一些简单的判等操作。

第一种方案存在一个很明显的缺陷,那就是无法灵活地改变字典的键和值的类型。一旦需求出现多样化,编码的工作量就会随之而来。

第二种方案很好地弥补了这一缺陷,但是,那些反射操作或多或少都会降低程序的性能。我们往往需要根据实际的应用场景,通过严谨且一致的测试,来获得和比较程序的各项指标,并以此作为方案选择的重要依据之一。

问题 2:并发安全字典如何做到尽量避免使用锁?

sync.Map类型在内部使用了大量的原子操作来存取键和值,并使用了两个原生的map作为存储介质。

其中一个原生map被存在了sync.Map的read字段中,该字段是sync/atomic.Value类型的。 这个原生字典可以被看作一个快照,它总会在条件满足时,去重新保存所属的sync.Map值中包含的所有键值对。

为了描述方便,我们在后面简称它为只读字典。不过,只读字典虽然不会增减其中的键,但却允许变更其中的键所对应的值。所以,它并不是传统意义上的快照,它的只读特性只是对于其中键的集合而言的。

由read字段的类型可知,sync.Map在替换只读字典的时候根本用不着锁。另外,这个只读字典在存储键值对的时候,还在值之上封装了一层。

它先把值转换为了unsafe.Pointer类型的值,然后再把后者封装,并储存在其中的原生字典中。如此一来,在变更某个键所对应的值的时候,就也可以使用原子操作了。

sync.Map中的另一个原生字典由它的dirty字段代表。 它存储键值对的方式与read字段中的原生字典一致,它的键类型也是interface{},并且同样是把值先做转换和封装后再进行储存的。我们暂且把它称为脏字典。

注意,脏字典和只读字典如果都存有同一个键值对,那么这里的两个键指的肯定是同一个基本值,对于两个值来说也是如此。

正如前文所述,这两个字典在存储键和值的时候都只会存入它们的某个指针,而不是基本值。

sync.Map在查找指定的键所对应的值的时候,总会先去只读字典中寻找,并不需要锁定互斥锁。只有当确定“只读字典中没有,但脏字典中可能会有这个键”的时候,它才会在锁的保护下去访问脏字典。

相对应的,sync.Map在存储键值对的时候,只要只读字典中已存有这个键,并且该键值对未被标记为“已删除”,就会把新值存到里面并直接返回,这种情况下也不需要用到锁。

否则,它才会在锁的保护下把键值对存储到脏字典中。这个时候,该键值对的“已删除”标记会被抹去。

image

sync.Map 中的 read 与 dirty

顺便说一句,只有当一个键值对应该被删除,但却仍然存在于只读字典中的时候,才会被用标记为“已删除”的方式进行逻辑删除,而不会直接被物理删除。

这种情况会在重建脏字典以后的一段时间内出现。不过,过不了多久,它们就会被真正删除掉。在查找和遍历键值对的时候,已被逻辑删除的键值对永远会被无视。

对于删除键值对,sync.Map会先去检查只读字典中是否有对应的键。如果没有,脏字典中可能有,那么它就会在锁的保护下,试图从脏字典中删掉该键值对。

最后,sync.Map会把该键值对中指向值的那个指针置为nil,这是另一种逻辑删除的方式。

除此之外,还有一个细节需要注意,只读字典和脏字典之间是会互相转换的。在脏字典中查找键值对次数足够多的时候,sync.Map会把脏字典直接作为只读字典,保存在它的read字段中,然后把代表脏字典的dirty字段的值置为nil。

在这之后,一旦再有新的键值对存入,它就会依据只读字典去重建脏字典。这个时候,它会把只读字典中已被逻辑删除的键值对过滤掉。理所当然,这些转换操作肯定都需要在锁的保护下进行。

image

sync.Map 中 read 与 dirty 的互换

综上所述,sync.Map的只读字典和脏字典中的键值对集合,并不是实时同步的,它们在某些时间段内可能会有不同。

由于只读字典中键的集合不能被改变,所以其中的键值对有时候可能是不全的。相反,脏字典中的键值对集合总是完全的,并且其中不会包含已被逻辑删除的键值对。

因此,可以看出,在读操作有很多但写操作却很少的情况下,并发安全字典的性能往往会更好。在几个写操作当中,新增键值对的操作对并发安全字典的性能影响是最大的,其次是删除操作,最后才是修改操作。

如果被操作的键值对已经存在于sync.Map的只读字典中,并且没有被逻辑删除,那么修改它并不会使用到锁,对其性能的影响就会很小。

总结

这两篇文章中,我们讨论了sync.Map类型,并谈到了怎样保证并发安全字典中的键和值的类型正确性。

为了进一步明确并发安全字典中键值的实际类型,这里大致有两种方案可选。

  • 其中一种方案是,在编码时就完全确定键和值的类型,然后利用 Go 语言的编译器帮我们做检查。
  • 另一种方案是,接受动态的类型设置,并在程序运行的时候通过反射操作进行检查。

这两种方案各有利弊,前一种方案在扩展性方面有所欠缺,而后一种方案通常会影响到程序的性能。在实际使用的时候,我们一般都需要通过客观的测试来帮助决策。

另外,在有些时候,与单纯使用原生字典和互斥锁的方案相比,使用sync.Map可以显著地减少锁的争用。sync.Map本身确实也用到了锁,但是,它会尽可能地避免使用锁。

可能地避免使用锁。这就要说到sync.Map对其持有两个原生字典的巧妙使用了。这两个原生字典一个被称为只读字典,另一个被称为脏字典。通过对它们的分析,我们知道了并发安全字典的适用场景,以及每种操作对其性能的影响程度。

思考题

今天的思考题是:关于保证并发安全字典中的键和值的类型正确性,你还能想到其他的方案吗?

package mainimport (	"errors"	"fmt"	"reflect"	"sync")// IntStrMap 代表键类型为int、值类型为string的并发安全字典。type IntStrMap struct {	m sync.Map}func (iMap *IntStrMap) Delete(key int) {	iMap.m.Delete(key)}func (iMap *IntStrMap) Load(key int) (value string, ok bool) {	v, ok := iMap.m.Load(key)	if v != nil {		value = v.(string)	}	return}func (iMap *IntStrMap) LoadOrStore(key int, value string) (actual string, loaded bool) {	a, loaded := iMap.m.LoadOrStore(key, value)	actual = a.(string)	return}func (iMap *IntStrMap) Range(f func(key int, value string) bool) {	f1 := func(key, value interface{}) bool {		return f(key.(int), value.(string))	}	iMap.m.Range(f1)}func (iMap *IntStrMap) Store(key int, value string) {	iMap.m.Store(key, value)}// ConcurrentMap 代表可自定义键类型和值类型的并发安全字典。type ConcurrentMap struct {	m         sync.Map	keyType   reflect.Type	valueType reflect.Type}func NewConcurrentMap(keyType, valueType reflect.Type) (*ConcurrentMap, error) {	if keyType == nil {		return nil, errors.New("nil key type")	}	if !keyType.Comparable() {		return nil, fmt.Errorf("incomparable key type: %s", keyType)	}	if valueType == nil {		return nil, errors.New("nil value type")	}	cMap := &ConcurrentMap{		keyType:   keyType,		valueType: valueType,	}	return cMap, nil}func (cMap *ConcurrentMap) Delete(key interface{}) {	if reflect.TypeOf(key) != cMap.keyType {		return	}	cMap.m.Delete(key)}func (cMap *ConcurrentMap) Load(key interface{}) (value interface{}, ok bool) {	if reflect.TypeOf(key) != cMap.keyType {		return	}	return cMap.m.Load(key)}func (cMap *ConcurrentMap) LoadOrStore(key, value interface{}) (actual interface{}, loaded bool) {	if reflect.TypeOf(key) != cMap.keyType {		panic(fmt.Errorf("wrong key type: %v", reflect.TypeOf(key)))	}	if reflect.TypeOf(value) != cMap.valueType {		panic(fmt.Errorf("wrong value type: %v", reflect.TypeOf(value)))	}	actual, loaded = cMap.m.LoadOrStore(key, value)	return}func (cMap *ConcurrentMap) Range(f func(key, value interface{}) bool) {	cMap.m.Range(f)}func (cMap *ConcurrentMap) Store(key, value interface{}) {	if reflect.TypeOf(key) != cMap.keyType {		panic(fmt.Errorf("wrong key type: %v", reflect.TypeOf(key)))	}	if reflect.TypeOf(value) != cMap.valueType {		panic(fmt.Errorf("wrong value type: %v", reflect.TypeOf(value)))	}	cMap.m.Store(key, value)}// pairs 代表测试用的键值对列表。var pairs = []struct {	k int	v string}{	{k: 1, v: "a"},	{k: 2, v: "b"},	{k: 3, v: "c"},	{k: 4, v: "d"},}func main() {	// 示例1。	var sMap sync.Map	//sMap.Store([]int{1, 2, 3}, 4) // 这行代码会引发panic。	_ = sMap	// 示例2。	{		var iMap IntStrMap		iMap.Store(pairs[0].k, pairs[0].v)		iMap.Store(pairs[1].k, pairs[1].v)		iMap.Store(pairs[2].k, pairs[2].v)		fmt.Println("[Three pairs have been stored in the IntStrMap instance]")		iMap.Range(func(key int, value string) bool {			fmt.Printf("The result of an iteration in Range: %d, %s/n",				key, value)			return true		})		k0 := pairs[0].k		v0, ok := iMap.Load(k0)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v0, ok, k0)		k3 := pairs[3].k		v3, ok := iMap.Load(k3)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v3, ok, k3)		k2, v2 := pairs[2].k, pairs[2].v		actual2, loaded2 := iMap.LoadOrStore(k2, v2)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual2, loaded2, k2, v2)		v3 = pairs[3].v		actual3, loaded3 := iMap.LoadOrStore(k3, v3)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual3, loaded3, k3, v3)		k1 := pairs[1].k		iMap.Delete(k1)		fmt.Printf("[The pair with the key of %v has been removed from the IntStrMap instance]/n",			k1)		v1, ok := iMap.Load(k1)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v1, ok, k1)		v1 = pairs[1].v		actual1, loaded1 := iMap.LoadOrStore(k1, v1)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual1, loaded1, k1, v1)		iMap.Range(func(key int, value string) bool {			fmt.Printf("The result of an iteration in Range: %d, %s/n",				key, value)			return true		})	}	fmt.Println()	// 示例2。	{		cMap, err := NewConcurrentMap(			reflect.TypeOf(pairs[0].k), reflect.TypeOf(pairs[0].v))		if err != nil {			fmt.Printf("fatal error: %s", err)			return		}		cMap.Store(pairs[0].k, pairs[0].v)		cMap.Store(pairs[1].k, pairs[1].v)		cMap.Store(pairs[2].k, pairs[2].v)		fmt.Println("[Three pairs have been stored in the ConcurrentMap instance]")		cMap.Range(func(key, value interface{}) bool {			fmt.Printf("The result of an iteration in Range: %d, %s/n",				key, value)			return true		})		k0 := pairs[0].k		v0, ok := cMap.Load(k0)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v0, ok, k0)		k3 := pairs[3].k		v3, ok := cMap.Load(k3)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v3, ok, k3)		k2, v2 := pairs[2].k, pairs[2].v		actual2, loaded2 := cMap.LoadOrStore(k2, v2)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual2, loaded2, k2, v2)		v3 = pairs[3].v		actual3, loaded3 := cMap.LoadOrStore(k3, v3)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual3, loaded3, k3, v3)		k1 := pairs[1].k		cMap.Delete(k1)		fmt.Printf("[The pair with the key of %v has been removed from the ConcurrentMap instance]/n",			k1)		v1, ok := cMap.Load(k1)		fmt.Printf("The result of Load: %v, %v (key: %v)/n",			v1, ok, k1)		v1 = pairs[1].v		actual1, loaded1 := cMap.LoadOrStore(k1, v1)		fmt.Printf("The result of LoadOrStore: %v, %v (key: %v, value: %v)/n",			actual1, loaded1, k1, v1)		cMap.Range(func(key, value interface{}) bool {			fmt.Printf("The result of an iteration in Range: %d, %s/n",				key, value)			return true		})	}}

笔记源码

https://github.com/MingsonZheng/go-core-demo

知识共享许可协议

本作品采用知识共享署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际许可协议进行许可。

欢迎转载、使用、重新发布,但务必保留文章署名 郑子铭 (包含链接: http://www.cnblogs.com/MingsonZheng/ ),不得用于商业目的,基于本文修改后的作品务必以相同的许可发布。

文章版权归作者所有,未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为,您可以联系管理员删除。

转载请注明本文地址:https://www.ucloud.cn/yun/125368.html

相关文章

  • Go语言核心36Go语言实战应用八)--学习笔记

    摘要:用于展示一种简易的且更加宽松的互斥锁的模拟。由于这里的原子操作函数只支持非常有限的数据类型,所以在很多应用场景下,互斥锁往往是更加适合的。这主要是因为原子操作函数的执行速度要比互斥锁快得多。30 | 原子操作(下) 我们接着上一篇文章的内容继续聊,上一篇我们提到了,sync/atomic包中的函数可以做的原子操作有:加法(add)、比较并交换(compare and swap,简称 C...

    niuxiaowei111 评论0 收藏0
  • Go语言核心36Go语言实战应用十二)--学习笔记

    摘要:除此之外,把并发安全字典封装在一个结构体类型中,往往是一个很好的选择。请看下面的代码如上所示,我编写了一个名为的结构体类型,它代表了键类型为值类型为的并发安全字典。在这个结构体类型中,只有一个类型的字段。34 | 并发安全字典sync.Map (上)我们今天再来讲一个并发安全的高级数据结构:sync.Map。众所周知,Go 语言自带的字典类型map并不是并发安全的。前导知识:并发安全字典诞生...

    不知名网友 评论0 收藏0
  • AI开发书籍分享

    摘要:编程书籍的整理和收集最近一直在学习深度学习和机器学习的东西,发现深入地去学习就需要不断的去提高自己算法和高数的能力然后也找了很多的书和文章,随着不断的学习,也整理了下自己的学习笔记准备分享出来给大家后续的文章和总结会继续分享,先分享一部分的 编程书籍的整理和收集 最近一直在学习deep learning深度学习和机器学习的东西,发现深入地去学习就需要不断的去提高自己算法和高数的能力然后...

    huayeluoliuhen 评论0 收藏0

发表评论

0条评论

不知名网友

|高级讲师

TA的文章

阅读更多
最新活动
阅读需要支付1元查看
<