31 sync.WaitGroup和sync.Once 我们在前几次讲的互斥锁、条件变量和原子操作都是最基本重要的同步工具。在Go语言中，除了通道之外，它们也算是最为常用的并发安全工具了。

说到通道，不知道你想过没有，之前在一些场合下里，我们使用通道的方式看起来都似乎有些蹩脚。

比如：声明一个通道，使它的容量与我们手动启用的goroutine的数量相同，之后再利用这个通道，让主goroutine等待其他goroutine的运行结束。

这一步更具体地说就是：让其他的goroutine在运行结束之前，都向这个通道发送一个元素值，并且，让主goroutine在最后从这个通道中接收元素值，接收的次数需要与其他的goroutine的数量相同。

这就是下面的

coordinateWithChan 函数展示的多goroutine协作流程。 func coordinateWithChan() { sign := make(chan struct{}, 2) num := int32(0) fmt.Printf(“The number: %d [with chan struct{}]\n”, num) max := int32(10) go addNum(&num, 1, max, func() { sign <- struct{}{} }) go addNum(&num, 2, max, func() { sign <- struct{}{} }) <-sign <-sign }

其中的

addNum 函数的声明在demo65.go文件中。

addNum 函数会把它接受的最后一个参数值作为其中的

defer 函数。

我手动启用的两个goroutine都会调用

addNum 函数，而它们传给该函数的最后一个参数值（也就是那个既无参数声明，也无结果声明的函数）都只会做一件事情，那就是向通道

sign 发送一个元素值。

看到

coordinateWithChan 函数中最后的那两行代码了吗？重复的两个接收表达式

<-sign ，是不是看起来很丑陋？

前导内容：

sync 包的

WaitGroup 类型

其实，在这种应用场景下，我们可以选用另外一个同步工具，即：

sync 包的

WaitGroup 类型。它比通道更加适合实现这种一对多的goroutine协作流程。

sync.WaitGroup 类型（以下简称

WaitGroup 类型）是开箱即用的，也是并发安全的。同时，与我们前面讨论的几个同步工具一样，它一旦被真正使用就不能被复制了。

WaitGroup 类型拥有三个指针方法：

Add 、

Done 和

Wait 。你可以想象该类型中有一个计数器，它的默认值是

0 。我们可以通过调用该类型值的

Add 方法来增加，或者减少这个计数器的值。

一般情况下，我会用这个方法来记录需要等待的goroutine的数量。相对应的，这个类型的

Done 方法，用于对其所属值中计数器的值进行减一操作。我们可以在需要等待的goroutine中，通过

defer 语句调用它。

而此类型的

Wait 方法的功能是，阻塞当前的goroutine，直到其所属值中的计数器归零。如果在该方法被调用的时候，那个计数器的值就是

0 ，那么它将不会做任何事情。

你可能已经看出来了，

WaitGroup 类型的值（以下简称

WaitGroup 值）完全可以被用来替换

coordinateWithChan 函数中的通道

sign 。下面的

coordinateWithWaitGroup 函数就是它的改造版本。 func coordinateWithWaitGroup() { var wg sync.WaitGroup wg.Add(2) num := int32(0) fmt.Printf(“The number: %d [with sync.WaitGroup]\n”, num) max := int32(10) go addNum(&num, 3, max, wg.Done) go addNum(&num, 4, max, wg.Done) wg.Wait() }

很明显，整体代码少了好几行，而且看起来也更加简洁了。这里我先声明了一个

WaitGroup 类型的变量

wg 。然后，我调用了它的

Add 方法并传入了

2 ，因为我会在后面启用两个需要等待的goroutine。

由于

wg 变量的

Done 方法本身就是一个既无参数声明，也无结果声明的函数，所以我在

go 语句中调用

addNum 函数的时候，可以直接把该方法作为最后一个参数值传进去。

在

coordinateWithWaitGroup 函数的最后，我调用了

wg 的

Wait 方法。如此一来，该函数就可以等到那两个goroutine都运行结束之后，再结束执行了。

以上就是

WaitGroup 类型最典型的应用场景了。不过不能止步于此，对于这个类型，我们还是有必要再深入了解一下的。我们一起看下面的问题。

**问题：

sync.WaitGroup 类型值中计数器的值可以小于

0 吗？**

这里的典型回答是：不可以。

问题解析

为什么不可以呢，我们解析一下。**之所以说

WaitGroup 值中计数器的值不能小于

0 ，是因为这样会引发一个panic。** 不适当地调用这类值的

Done 方法和

Add 方法都会如此。别忘了，我们在调用

Add 方法的时候是可以传入一个负数的。

实际上，导致

WaitGroup 值的方法抛出panic的原因不只这一种。

你需要知道，在我们声明了这样一个变量之后，应该首先根据需要等待的goroutine，或者其他事件的数量，调用它的

Add 方法，以使计数器的值大于

0 。这是确保我们能在后面正常地使用这类值的前提。

如果我们对它的

Add 方法的首次调用，与对它的

Wait 方法的调用是同时发起的，比如，在同时启用的两个goroutine中，分别调用这两个方法，**那么就有可能会让这里的

Add 方法抛出一个panic。**

这种情况不太容易复现，也正因为如此，我们更应该予以重视。所以，虽然

WaitGroup 值本身并不需要初始化，但是尽早地增加其计数器的值，还是非常有必要的。

另外，你可能已经知道，

WaitGroup 值是可以被复用的，但需要保证其计数周期的完整性。这里的计数周期指的是这样一个过程：该值中的计数器值由

0 变为了某个正整数，而后又经过一系列的变化，最终由某个正整数又变回了

0 。

也就是说，只要计数器的值始于

0 又归为

0 ，就可以被视为一个计数周期。在一个此类值的生命周期中，它可以经历任意多个计数周期。但是，只有在它走完当前的计数周期之后，才能够开始下一个计数周期。

- （sync.WaitGroup的计数周期）

因此，也可以说，如果一个此类值的

Wait 方法在它的某个计数周期中被调用，那么就会立即阻塞当前的goroutine，直至这个计数周期完成。在这种情况下，该值的下一个计数周期，必须要等到这个

Wait 方法执行结束之后，才能够开始。

如果在一个此类值的

Wait 方法被执行期间，跨越了两个计数周期，那么就会引发一个panic。

例如，在当前的goroutine因调用此类值的

Wait 方法，而被阻塞的时候，另一个goroutine调用了该值的

Done 方法，并使其计数器的值变为了

0 。

这会唤醒当前的goroutine，并使它试图继续执行

Wait 方法中其余的代码。但在这时，又有一个goroutine调用了它的

Add 方法，并让其计数器的值又从

0 变为了某个正整数。**此时，这里的

Wait 方法就会立即抛出一个panic。**

纵观上述会引发panic的后两种情况，我们可以总结出这样一条关于

WaitGroup 值的使用禁忌，即：**不要把增加其计数器值的操作和调用其

Wait 方法的代码，放在不同的goroutine中执行。换句话说，要杜绝对同一个

WaitGroup 值的两种操作的并发执行。**

除了第一种情况外，我们通常需要反复地实验，才能够让

WaitGroup 值的方法抛出panic。再次强调，虽然这不是每次都发生，但是在长期运行的程序中，这种情况发生的概率还是不小的，我们必须要重视它们。

如果你对复现这些异常情况感兴趣，那么可以参看

sync 代码包中的waitgroup_test.go文件。其中的名称以

TestWaitGroupMisuse 为前缀的测试函数，很好地展示了这些异常情况的发生条件。你可以模仿这些测试函数自己写一些测试代码，执行一下试试看。

知识扩展

问题：

sync.Once 类型值的

Do 方法是怎么保证只执行参数函数一次的？

与

sync.WaitGroup 类型一样，

sync.Once 类型（以下简称

Once 类型）也属于结构体类型，同样也是开箱即用和并发安全的。由于这个类型中包含了一个

sync.Mutex 类型的字段，所以，复制该类型的值也会导致功能的失效。

Once 类型的

Do 方法只接受一个参数，这个参数的类型必须是

func() ，即：无参数声明和结果声明的函数。

该方法的功能并不是对每一种参数函数都只执行一次，而是只执行“首次被调用时传入的”那个函数，并且之后不会再执行任何参数函数。

所以，如果你有多个只需要执行一次的函数，那么就应该为它们中的每一个都分配一个

sync.Once 类型的值（以下简称

Once 值）。

Once 类型中还有一个名叫

done 的

uint32 类型的字段。它的作用是记录其所属值的

Do 方法被调用的次数。不过，该字段的值只可能是

0 或者

1 。一旦

Do 方法的首次调用完成，它的值就会从

0 变为

1 。

你可能会问，既然

done 字段的值不是

0 就是

1 ，那为什么还要使用需要四个字节的

uint32 类型呢？

原因很简单，因为对它的操作必须是“原子”的。

Do 方法在一开始就会通过调用

atomic.LoadUint32 函数来获取该字段的值，并且一旦发现该值为

1 ，就会直接返回。这也初步保证了“

Do 方法，只会执行首次被调用时传入的函数”。

不过，单凭这样一个判断的保证是不够的。因为，如果有两个goroutine都调用了同一个新的

Once 值的

Do 方法，并且几乎同时执行到了其中的这个条件判断代码，那么它们就都会因判断结果为

false ，而继续执行

Do 方法中剩余的代码。

在这个条件判断之后，

Do 方法会立即锁定其所属值中的那个

sync.Mutex 类型的字段

m 。然后，它会在临界区中再次检查

done 字段的值，并且仅在条件满足时，才会去调用参数函数，以及用原子操作把

done 的值变为

1 。

如果你熟悉GoF设计模式中的单例模式的话，那么肯定能看出来，这个

Do 方法的实现方式，与那个单例模式有很多相似之处。它们都会先在临界区之外，判断一次关键条件，若条件不满足则立即返回。这通常被称为“快路径”，或者叫做“快速失败路径”。

如果条件满足，那么到了临界区中还要再对关键条件进行一次判断，这主要是为了更加严谨。这两次条件判断常被统称为（跨临界区的）“双重检查”。

由于进入临界区之前，肯定要锁定保护它的互斥锁

m ，显然会降低代码的执行速度，所以其中的第二次条件判断，以及后续的操作就被称为“慢路径”或者“常规路径”。

别看

Do 方法中的代码不多，但它却应用了一个很经典的编程范式。我们在Go语言及其标准库中，还能看到不少这个经典范式及它衍生版本的应用案例。

**下面我再来说说这个

Do 方法在功能方面的两个特点。**

第一个特点，由于

Do 方法只会在参数函数执行结束之后把

done 字段的值变为

1 ，因此，如果参数函数的执行需要很长时间或者根本就不会结束（比如执行一些守护任务），那么就有可能会导致相关goroutine的同时阻塞。

例如，有多个goroutine并发地调用了同一个

Once 值的

Do 方法，并且传入的函数都会一直执行而不结束。那么，这些goroutine就都会因调用了这个

Do 方法而阻塞。因为，除了那个抢先执行了参数函数的goroutine之外，其他的goroutine都会被阻塞在锁定该

Once 值的互斥锁

m 的那行代码上。

第二个特点，

Do 方法在参数函数执行结束后，对

done 字段的赋值用的是原子操作，并且，这一操作是被挂在

defer 语句中的。因此，不论参数函数的执行会以怎样的方式结束，

done 字段的值都会变为

1 。

也就是说，即使这个参数函数没有执行成功（比如引发了一个panic），我们也无法使用同一个

Once 值重新执行它了。所以，如果你需要为参数函数的执行设定重试机制，那么就要考虑

Once 值的适时替换问题。

在很多时候，我们需要依据

Do 方法的这两个特点来设计与之相关的流程，以避免不必要的程序阻塞和功能缺失。

总结

sync 代码包的

WaitGroup 类型和

Once 类型都是非常易用的同步工具。它们都是开箱即用和并发安全的。

利用

WaitGroup 值，我们可以很方便地实现一对多的goroutine协作流程，即：一个分发子任务的goroutine，和多个执行子任务的goroutine，共同来完成一个较大的任务。

在使用

WaitGroup 值的时候，我们一定要注意，千万不要让其中的计数器的值小于

0 ，否则就会引发panic。

另外，**我们最好用“先统一

Add ，再并发

Done ，最后

Wait ”这种标准方式，来使用

WaitGroup 值。** 尤其不要在调用

Wait 方法的同时，并发地通过调用

Add 方法去增加其计数器的值，因为这也有可能引发panic。

Once 值的使用方式比

WaitGroup 值更加简单，它只有一个

Do 方法。同一个

Once 值的

Do 方法，永远只会执行第一次被调用时传入的参数函数，不论这个函数的执行会以怎样的方式结束。

只要传入某个

Do 方法的参数函数没有结束执行，任何之后调用该方法的goroutine就都会被阻塞。只有在这个参数函数执行结束以后，那些goroutine才会逐一被唤醒。

Once 类型使用互斥锁和原子操作实现了功能，而

WaitGroup 类型中只用到了原子操作。 所以可以说，它们都是更高层次的同步工具。它们都基于基本的通用工具，实现了某一种特定的功能。

sync 包中的其他高级同步工具，其实也都是这样的。

思考题

今天的思考题是：在使用

WaitGroup 值实现一对多的goroutine协作流程时，怎样才能让分发子任务的goroutine获得各个子任务的具体执行结果？

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参考资料

https://learn.lianglianglee.com/%e4%b8%93%e6%a0%8f/Go%e8%af%ad%e8%a8%80%e6%a0%b8%e5%bf%8336%e8%ae%b2/31%20sync.WaitGroup%e5%92%8csync.Once.md