面试题：Go的sync.Cond实现原理及应用场景

sync.Cond实现原理

数据结构：
- sync.Cond 结构体包含一个指向 sync.Mutex 的指针 L，以及一个等待队列。
- 其定义如下：
```
type Cond struct {
    noCopy noCopy
    L Locker
    notify  notifyList
    checker copyChecker
}
```
等待机制：
- 当调用 Cond.Wait 方法时，当前 goroutine 会被暂停并加入到等待队列中。
- 在加入等待队列之前，Wait 方法会自动解锁关联的 sync.Mutex（因为等待期间不需要持有锁，否则会造成死锁）。
- 当该 goroutine 被唤醒后，Wait 方法会重新获取该 sync.Mutex 锁，以确保线程安全。
通知机制：
- Cond.Signal 方法会唤醒等待队列中的一个 goroutine。
- Cond.Broadcast 方法会唤醒等待队列中的所有 goroutine。

与sync.Mutex配合使用

必要性：
- sync.Cond 本身并不包含锁逻辑，它需要依赖 sync.Mutex 来保护共享数据。
- 当对共享数据进行检查（判断是否满足特定条件）以及修改时，需要持有 sync.Mutex 锁，以防止竞态条件。
使用方式：
- 首先创建一个 sync.Mutex 和基于该 Mutex 的 sync.Cond。例如：
```
var mu sync.Mutex
cond := sync.NewCond(&mu)
```
- 在调用 Cond.Wait 方法前，必须先获取 sync.Mutex 锁。同样，在调用 Cond.Signal 或 Cond.Broadcast 方法前，也需要获取 sync.Mutex 锁，以保证通知操作的原子性和对共享数据修改的线程安全性。

典型应用场景及并发控制示例

场景：生产者 - 消费者模型。
- 在这个模型中，生产者向一个共享缓冲区写入数据，消费者从该缓冲区读取数据。当缓冲区满时，生产者需要等待；当缓冲区空时，消费者需要等待。
代码示例：

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

const bufferSize = 5
var (
    buffer = make([]int, 0, bufferSize)
    mu     sync.Mutex
    cond   = sync.NewCond(&mu)
    wg     sync.WaitGroup
)

func producer(id int) {
    defer wg.Done()
    for i := 0; i < 10; i++ {
        mu.Lock()
        for len(buffer) == bufferSize {
            cond.Wait()
        }
        buffer = append(buffer, i)
        fmt.Printf("Producer %d produced %d, buffer: %v\n", id, i, buffer)
        cond.Signal()
        mu.Unlock()
        time.Sleep(time.Millisecond * 100)
    }
}

func consumer(id int) {
    defer wg.Done()
    for {
        mu.Lock()
        for len(buffer) == 0 {
            cond.Wait()
        }
        item := buffer[0]
        buffer = buffer[1:]
        fmt.Printf("Consumer %d consumed %d, buffer: %v\n", id, item, buffer)
        cond.Signal()
        mu.Unlock()
        time.Sleep(time.Millisecond * 200)
        if len(buffer) == 0 && item == 9 {
            break
        }
    }
}

func main() {
    wg.Add(2)
    go producer(1)
    go consumer(1)
    wg.Wait()
}

并发控制解析：
- 在生产者函数中，当缓冲区满时（len(buffer) == bufferSize），生产者调用 cond.Wait() 进入等待状态，并释放 mu 锁。当消费者从缓冲区取出数据后，会调用 cond.Signal() 唤醒一个等待的生产者。
- 在消费者函数中，当缓冲区空时（len(buffer) == 0），消费者调用 cond.Wait() 进入等待状态，并释放 mu 锁。当生产者向缓冲区写入数据后，会调用 cond.Signal() 唤醒一个等待的消费者。通过这种方式，实现了生产者和消费者之间的同步和并发控制，避免了缓冲区的溢出和空读问题。

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面试题：Go的sync.Cond实现原理及应用场景

知识考点

面试题答案

sync.Cond实现原理

与sync.Mutex配合使用

典型应用场景及并发控制示例