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Go 系列 WaitGroup深入解析

Posted by lichao modified on July 14, 2022

数据结构

源码包中 src/sync/waitgroup.go:WaitGroup 定义了其数据结构:

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type WaitGroup struct { 
 state1 [3]uint32 
} 

state1 是个长度为 3 的数组,其中包含了 state 和一个信号量,而 state 实际上是两个计数器:

  • counter: 当前还未执行结束的goroutine计数器
  • waiter count: 等待goroutine-group结束的goroutine数量,即有多少个等候者
  • semaphore: 信号量

考虑到字节是否对齐,三者出现的位置不同,为简单起见,依照字节已对齐情况下,三者在内存中的位置如下所示: wait group

Add(delta int)

Add() 做了两件事,一是把 delta 值累加到 counter 中,因为 delta 可以为负值,也就是说 counter 有可能变成0或 负值,所以第二件事就是当counter 值变为 0 时,跟据 waiter 数值释放等量的信号量,把等待的 goroutine 全部唤醒,如果 counter 变为负值,则 panic。

Add() 伪代码如下:

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func (wg *WaitGroup) Add(delta int) { 
 statep, semap := wg.state() // 获取 state 和 semaphore 地址指针 
 
 state := atomic.AddUint64(statep, uint64(delta)<<32) //把 delta 左移 32 位累加到 state,即累加到 counter 中 
 v := int32(state >> 32) //获取counter值 
 w := uint32(state) //获取waiter值 
 if v < 0 { //经过累加后counter值变为负值,panic 
  panic("sync: negative WaitGroup counter") 
 } 
 // 经过累加后,此时,counter >= 0 
 // 如果 counter 为正,说明不需要释放信号量,直接退出 
 // 如果 waiter 为零,说明没有等待者,也不需要释放信号量,直接退出 
 if v > 0 || w == 0 { 
  return 
 } 
 // 此时,counter 一定等于 0,而 waiter 一定大于 0(内部维护 waiter,不会出现小于 0 的情况),
 // 先把 counter 置为 0,再释放 waiter 个数的信号量 
 *statep = 0 
 for ; w != 0; w-- { 
  runtime_Semrelease(semap, false) //释放信号量,执行一次释放一个,唤醒一个等待者 
 } 
}

Wait()

Wait() 方法也做了两件事,一是累加 waiter, 二是阻塞等待信号量

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func (wg *WaitGroup) Wait() { 
 statep, semap := wg.state() //获取state和semaphore地址指针 
 for { 
  state := atomic.LoadUint64(statep) //获取state值
  v := int32(state >> 32) // 获取counter值 
  w := uint32(state) //获取waiter值 
  if v == 0 { //如果counter值为0,说明所有goroutine都退出了,不需要待待,直接返回 
   return  
  } 
  // 使用CAS(比较交换算法)累加waiter,累加可能会失败,失败后通过for loop下次重试 
  if atomic.CompareAndSwapUint64(statep, state, state+1) { 
   runtime_Semacquire(semap) //累加成功后,等待信号量唤醒自己 
   return 
  } 
 } 
}

这里用到了 CAS 算法保证有多个 goroutine 同时执行 Wait() 时也能正确累加 waiter。

Done()

Done()只做一件事,即把counter减1,我们知道Add()可以接受负值,所以Done实际上只是调用了Add(-1)。

源码如下:

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func (wg *WaitGroup) Done() {
 wg.Add(-1)
}

Done()的执行逻辑就转到了Add(),实际上也正是最后一个完成的goroutine把等待者唤醒的。

编程Tips

  • Add()操作必须早于Wait(), 否则会panic
  • Add()设置的值必须与实际等待的goroutine个数一致,否则会panic