go并发利器sync.Once使用示例详解

目录1.简介2.基本使用2.1基本定义2.2使用方式2.3使用例子3.原理4.使用注意事项4.1不能将sync.Once作为函数局部变量4.2不能在once.Do中再次调用once....

目录

1. 简介
2. 基本使用
2.1 基本定义
2.2 使用方式
2.3 使用例子
3. 原理
4. 使用注意事项
4.1 不能将sync.Once作为函数局部变量
4.2 不能在once.Do中再次调用once.Do
4.3 需要对传入的函数进行错误处理
4.3.1 基本说明
4.3.2 未错误处理导致的问题
4.3.3 处理方式
5. 总结

1. 简介

本文主要介绍 Go 语言中的 Once 并发原语，包括 Once 的基本使用方法、原理和注意事项，从而对 Once 的使用有基本的了解。

2. 基本使用

2.1 基本定义

sync.Once是Go语言中的一个并发原语，用于保证某个函数只被执行一次。Once类型有一个Do方法，该方法接收一个函数作为参数，并在第一次调用时执行该函数。如果Do方法被多次调用，只有第一次调用会执行传入的函数。

2.2 使用方式

使用sync.Once非常简单，只需要创建一个Once类型的变量，然后在需要保证函数只被执行一次的地方调用其Do方法即可。下面是一个简单的例子：

var once sync.Once
func initOperation() {
    // 这里执行一些初始化操作，只会被执行一次
}
func main() {
    // 在程序启动时执行initOperation函数，保证初始化只被执行一次
    once.Do(initOperation)   
    // 后续代码
}

2.3 使用例子

下面是一个简单使用sync.Once的例子，其中我们使用sync.Once来保证全局变量config只会被初始化一次：

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
)
var (
    config map[string]string
    once   sync.Once
)
func loadConfig() {
    // 模拟从配置文件中加载配置信息
    fmt.Println("load config...")
    config = make(map[string]string)
    config["host"] = "127.0.0.1"
    config["port"] = "8080"
}
func GetConfig() map[string]string {
    once.Do(loadConfig)
    return config
}
func main() {
    // 第一次调用GetConfig会执行loadConfig函数，初始化config变量
    fmt.Println(GetConfig())
    // 第二次调用GetConfig不会执行loadConfig函数，直接返回已初始化的config变量
    fmt.Println(GetConfig())
}

在这个例子中，我们定义了一个全局变量config和一个sync.Once类型的变量once。在GetConfig函数中，我们通过调用once.Do方法来保证loadConfig函数只会被执行一次，从而保证config变量只会被初始化一次。 运行上面的程序，输出如下:

load config...
map[host:127.0.0.1 port:8080]
map[host:127.0.0.1 port:8080]

可以看到，GetConfig函数在第一次调用时执行了loadConfig函数，初始化了config变量。在第二次调用时，loadConfig函数不会被执行，直接返回已经初始化的config变量。

3. 原理

下面是sync.Once的具体实现如下：

type Once struct {
   done uint32
   m    Mutex
}
func (o *Once) Do(f func()) {    
    // 判断done标记位是否为0
   if atomic.LoadUint32(&o.done) == 0 {
      // Outlined slow-path to allow inlining of the fast-path.
      o.DOSlow(f)
   }
}
func (o *Once) doSlow(f func()) {
   // 加锁
   o.m.Lock()
   defer o.m.Unlock()
   // 执行双重检查,再次判断函数是否已经执行
   if o.done == 0 {
      defer atomic.StoreUint32(&o.done, 1)
      f()
   }
}

sync.Once的实现原理比较简单，主要依赖于一个done标志位和一个互斥锁。当Do方法被第一次调用时，会先原子地读取done标志位，如果该标志位为0，说明函数还没有被执行过，此时会加锁并执行传入的函数，并将done标志位置为1，然后释放锁。如果标志位为1，说明函数已经被执行过了，直接返回。

4. 使用注意事项

4.1 不能将sync.Once作为函数局部变量

下面是一个简单的例子，说明将 sync.Once 作为局部变量会导致的问题：

var config map[string]string
func initConfig() {
    fmt.Println("initConfig called")
    config["1"] = "hello world"
}
func getConfig() map[string]string{
    var once sync.Once
    once.Do(initCount)
    fmt.Println("getConfig called")
}
func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go getConfig()
    }
    time.Sleep(time.Second)
}

这里初始化函数会被多次调用，这与initConfig 方法只会执行一次的预期不符。这是因为将 sync.Once 作为局部变量时，每次调用函数都会创建新的 sync.Once 实例，每个 sync.Once 实例都有自己的 done 标志，多个实例之间无法共享状态。导致初始化函数会被多次调用。

如果将 sync.Once 作为全局变量或包级别变量，就可以避免这个问题。所以基于此，不能定义sync.Once 作为函数局部变量来使用。

4.2 不能在once.Do中再次调用once.Do

下面举一个在once.Do方法中再次调用once.Do 方法的例子:

package main
import (
"fmt"
"sync"
)
func main() {
   var once sync.Once
   var onceBody func()
   onceBody = func() {
      fmt.Println("Only once")
      once.Do(onceBody) // 再次调用once.Do方法
   }
   // 执行once.Do方法
   once.Do(onceBody)
   fmt.Println("done")
}

在上述代码中，当once.Do(onceBody)第一次执行时，会输出"Only once"，然后在执行once.Do(onceBody)时会发生死锁，程序无法继续执行下去。

这是因为once.Do()方法在执行过程中会获取互斥锁，在方法内再次调用once.Do()方法，那么就会在获取互斥锁时出现死锁。

因此，我们不能在once.Do方法中再次调用once.Do方法。

4.3 需要对传入的函数进行错误处理

4.3.1 基本说明

一般情况下，如果传入的函数不会出现错误，可以不进行错误处理。但是，如果传入的函数可能出现错误，就必须对其进行错误处理，否则可能会导致程序崩溃或出现不可预料的错误。

因此，在编写传入Once的Do方法的函数时，需要考虑到错误处理问题，保证程序的健壮性和稳定性。

4.3.2 未错误处理导致的问题

下面举一个传入的函数可能出现错误，但是没有对其进行错误处理的例子:

import (
   "fmt"
   "net"
   "sync"
)
var (
   initialized bool
   connection  net.Conn
   initOnce    sync.Once
)
func initConnection() {
   connection, _ = net.Dial("tcp", "err_address")
}
func getConnection() net.Conn {
   initOnce.Do(initConnection)
   return connection
}
func main() {
   conn := getConnection()
   fmt.Println(conn)
   conn.Close()
}

在上面例子中，其中initConnection 为传入的函数，用于建立TCP网络连接，但是在sync.Once中执行该函数时，是有可能返回错误的，而这里并没有进行错误处理，直接忽略掉错误。此时调用getConnection 方法,如果initConnection报错的话，获取连接时会返回空连接，后续调用将会出现空指针异常。因此，如果传入sync.Once当中的函数可能发生异常，此时应该需要对其进行处理。

4.3.3 处理方式

4.3.3.1 panic退出执行

应用程序第一次启动时，此时调用sync.Once来初始化一些资源，此时发生错误，同时初始化的资源是必须初始化的，可以考虑在出现错误的情况下，使用panic将程序退出，避免程序继续执行导致更大的问题。具体代码示例如下:

import (
   "fmt"
   "net"
   "sync"
)
var (
   connection  net.Conn
   initOnce    sync.Once
)
func initConnection() {
   // 尝试建立连接
   connection, err = net.Dial("tcp", "err_address")
    if err != nil {
       panic("net.Dial error")
    }
}
func getConnection() net.Conn {
   initOnce.Do(initConnection)
   return connection
}

如上，当initConnection方法报错后，此时我们直接panic,退出整个程序的执行。

4.3.3.2 修改sync.Once实现，Do函数的语意修改为只成功执行一次

在程序运行过程中，可以选择记录下日志或者返回错误码，而不需要中断程序的执行。然后下次调用时再执行初始化的逻辑。这里需要对sync.Once进行改造，原本sync.Once中Do函数的实现为执行一次，这里将其修改为只成功执行一次。具体使用方式需要根据具体业务场景来决定。下面是其中一个实现:

type MyOnce struct {
   done int32
   m    sync.Mutex
}
func (o *MyOnce) Do(f func() error) {
   if atomic.LoadInt32(&o.done) == 0 {
      o.doSlow(f)
   }
}
func (o *MyOnce) doSlow(f func() error) {
   o.m.Lock()
   defer o.m.Unlock()
   if o.done == 0 {
      // 只有在函数调用不返回err时,才会设置done
      if err := f(); err == nil {
         atomic.StoreInt32(&o.done, 1)
      }
   }
}

上述代码中，增加了一个错误处理逻辑。当 f() 函数返回错误时，不会将 done 标记位置为 1，以便下次调用时可以重新执行初始化逻辑。

需要注意的是，这种方式虽然可以解决初始化失败后的问题，但可能会导致初始化函数被多次调用。因此，在编写f() 函数时，需要考虑到这个问题，以避免出现不可预期的结果。

下面是一个简单的例子，使用我们重新实现的Once，展示第一次初始化失败时，第二次调用会重新执行初始化逻辑，并成功初始化：

var (
   hasCall bool
   conn    net.Conn
   m       MyOnce
)
func initConn() (net.Conn, error) {
   fmt.Println("initConn...")
   // 第一次执行,直接返回错误
   if !hasCall {
      return nil, errors.New("init error")
   }
   // 第二次执行,初始化成功,这里默认其成功
   conn, _ = net.Dial("tcp", "baidu.com:80")
   return conn, nil
}
func GetConn() (net.Conn, error) {
   m.Do(func() error {
      var err error
      conn, err = initConn()
      if err != nil {
         return err
      }
      return nil
   })
   // 第一次执行之后,将hasCall设置为true,让其执行初始化逻辑
   hasCall = true
   return conn, nil
}
func main() {
   // 第一次执行初始化逻辑,失败
   GetConn()
   // 第二次执行初始化逻辑,还是会执行,此次执行成功
   GetConn()
   // 第二次执行成功,第三次调用,将不会执行初始化逻辑
   GetConn()
}

在这个例子中，第一次调用Do方法初始化失败了，done标记位被设置为0。在第二次调用Do方法时，由于done标记位为0，会重新执行初始化逻辑，这次初始化成功了，done标记位被设置为1。第三次调用，由于之前Do方法已经执行成功了，不会再执行初始化逻辑。

5. 总结

本文旨在介绍Go语言中的Once并发原语，包括其基本使用、原理和注意事项，让大家对Once有一个基本的了解。

首先，我们通过示例演示了Once的基本使用方法，并强调了其仅会执行一次的特性。然后，我们解释了Once仅执行一次的原因，使读者更好地理解Once的工作原理。最后，我们指出了使用Once时的一些注意事项，以避免误用。

总之，本文全面地介绍了Go语言中的Once并发原语，使读者能够更好地理解和应用它。

以上就是go并发利器sync.Once使用示例详解的详细内容，更多关于go并发利器sync.Once的资料请关注我们其它相关文章！