Go并发死锁原因及解决方法详解

**Go并发死锁解决方法与实战分析** 本文深入探讨Go并发编程中令人头疼的死锁问题，尤其针对 "all goroutines are asleep - deadlock!" 错误。我们将剖析死锁产生的常见原因，例如无缓冲通道的阻塞和互斥锁的竞争，并通过修改后的代码示例，展示如何利用缓冲通道和`runtime.Gosched()`等技巧有效避免死锁。文章强调了并发编程中确定性和可预测行为的重要性，并提供实战代码，帮助开发者构建更健壮、可靠的Go并发应用。学习本文，您将掌握Go并发死锁的诊断与解决之道，提升并发编程能力。

本文旨在帮助开发者理解和解决Go并发程序中常见的死锁问题，特别是当程序抛出 "throw: all goroutines are asleep - deadlock!" 错误时。我们将分析导致死锁的常见原因，并提供修改后的代码示例，展示如何通过缓冲通道和runtime.Gosched()来避免死锁，同时强调并发编程中确定性和可预测行为的重要性。

理解Go中的死锁

在Go语言中，死锁通常发生在多个goroutine（Go的并发执行单元）相互等待对方释放资源的情况下。由于所有goroutine都在等待，没有一个能够继续执行，导致程序永久阻塞。 常见的死锁场景包括：

• 通道（Channel）阻塞： 当一个goroutine尝试从一个空的通道接收数据，或者向一个已满的通道发送数据时，如果没有其他goroutine参与，它将永久阻塞。
• 互斥锁（Mutex）竞争： 如果一个goroutine持有一个互斥锁，并且尝试再次获取该锁（或者其他goroutine尝试获取该锁），而没有释放，就会发生死锁。

分析原始代码中的潜在死锁点

提供的代码创建了三个goroutine，它们通过多个通道相互通信。Routine1是发起者，它向Routine2和Routine3发送消息，并期望接收响应。Routine2和Routine3则根据接收到的消息进行处理，并可能向其他goroutine发送消息。

原始代码中存在多个潜在的死锁点，主要是由于以下原因：

1. 无缓冲通道： 使用make(chan int)创建的通道是无缓冲的，这意味着发送者必须等待接收者准备好接收数据，反之亦然。如果任何一个goroutine进入等待状态，而没有其他goroutine准备好进行通信，就会发生死锁。
2. 复杂的状态管理： 代码中使用m12、m13、m21、m23等变量来管理goroutine的状态，这增加了代码的复杂性，使得难以预测goroutine的行为。
3. select语句的阻塞： select语句用于从多个通道接收数据。如果所有case都无法立即执行，select语句将阻塞，直到至少有一个case可以执行。如果没有default分支，并且没有一个case可以执行，goroutine将永久阻塞。

解决死锁：缓冲通道和runtime.Gosched()

以下是一些可以避免死锁的方法：

1. 使用缓冲通道

缓冲通道允许发送者在通道未满时发送数据，而无需立即等待接收者。这可以减少goroutine之间的依赖性，从而降低死锁的风险。

command12 := make(chan int, 10) // 创建一个缓冲大小为10的通道

2. 添加default分支到select语句

default分支允许select语句在没有case可以立即执行时执行一些操作，而不是永久阻塞。可以使用runtime.Gosched()来让出CPU时间片，允许其他goroutine运行。

import "runtime"

// ...

select {
case cmd1 := <-response12:
    {
        // ...
    }
case cmd2 := <-response13:
    {
        // ...
    }
default:
    runtime.Gosched() // 让出CPU时间片
}

3. 代码示例

以下是修改后的代码片段，展示了如何使用缓冲通道和runtime.Gosched()来避免死锁：

package main

import (
    "fmt"
    "math/rand"
    "runtime"
    "time"
)

func Routine1(command12 chan int, response12 chan int, command13 chan int, response13 chan int) {
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    z12 := 200
    z13 := 200
    m12 := false
    m13 := false
    y := 0

    for i := 0; i < 20; i++ {
        y = rand.Intn(100)

        if y == 0 {
            fmt.Println(z12, "    z12 STATE SAVED")
            fmt.Println(z13, "    z13 STATE SAVED")

            y = 0
            command12 <- y
            command13 <- y

            for !m12 || !m13 {
                select {
                case cmd1 := <-response12:
                    z12 = cmd1
                    if z12 != 0 {
                        fmt.Println(z12, "    z12  Channel Saving.... ")
                        y = rand.Intn(100)
                        command12 <- y
                    }
                    if z12 == 0 {
                        m12 = true
                        fmt.Println(" z12  Channel Saving Stopped ")
                    }

                case cmd2 := <-response13:
                    z13 = cmd2
                    if z13 != 0 {
                        fmt.Println(z13, "    z13  Channel Saving.... ")
                        y = rand.Intn(100)
                        command13 <- y
                    }
                    if z13 == 0 {
                        m13 = true
                        fmt.Println("    z13  Channel Saving Stopped ")
                    }
                default:
                    runtime.Gosched()
                }

            }

            m12 = false
            m13 = false
        }

        if y != 0 {
            if y%2 == 0 {
                command12 <- y
            }

            if y%2 != 0 {
                command13 <- y
            }
            select {
            case cmd1 := <-response12:
                {
                    z12 = cmd1
                    fmt.Println(z12, "    z12")
                }
            case cmd2 := <-response13:
                {
                    z13 = cmd2
                    fmt.Println(z13, "   z13")
                }
            default:
                runtime.Gosched()
            }
        }
    }
    close(command12)
    close(command13)
}

func Routine2(command12 chan int, response12 chan int, command23 chan int, response23 chan int) {
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    z21 := 200
    z23 := 200
    m21 := false
    m23 := false

    for i := 0; i < 20; i++ {
        select {
        case x, open := <-command12:
            {
                if !open {
                    return
                }
                if x != 0 && !m23 {
                    z21 = x
                    fmt.Println(z21, "   z21")
                }
                if x != 0 && m23 {
                    z21 = x
                    fmt.Println(z21, "   z21 Channel Saving ")
                }
                if x == 0 {
                    m21 = true
                    if m21 && m23 {
                        fmt.Println(" z21 and z23 Channel Saving Stopped ")
                        m23 = false
                        m21 = false
                    }
                    if m21 && !m23 {
                        z21 = x
                        fmt.Println(z21, "   z21  Channel Saved ")

                    }

                }
            }

        case x, open := <-response23:
            {
                if !open {
                    return
                }
                if x != 0 && !m21 {
                    z23 = x
                    fmt.Println(z23, "   z21")
                }
                if x != 0 && m21 {
                    z23 = x
                    fmt.Println(z23, "   z23 Channel Saving ")
                }
                if x == 0 {
                    m23 = true
                    if m21 && m23 {
                        fmt.Println(" z23 Channel Saving Stopped ")
                        m23 = false
                        m21 = false
                    }
                    if m23 && !m21 {
                        z23 = x
                        fmt.Println(z23, "   z23  Channel Saved ")
                    }

                }
            }
        default:
            runtime.Gosched()
        }

        if !m23 && !m21 {
            y := rand.Intn(100)
            if y%2 == 0 {
                if y == 0 {
                    y = 10
                    response12 <- y
                }
            }

            if y%2 != 0 {
                if y == 0 {
                    y = 10
                    response23 <- y
                }
            }
        }

        if m23 && !m21 {
            y := rand.Intn(100)
            response12 <- y
        }

        if !m23 && m21 {
            y := rand.Intn(100)
            command23 <- y
        }

    }
    close(response12)
    close(command23)
}

func Routine3(command13 chan int, response13 chan int, command23 chan int, response23 chan int) {
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    z31 := 200
    z32 := 200
    m31 := false
    m32 := false

    for i := 0; i < 20; i++ {
        select {
        case x, open := <-command13:
            {
                if !open {
                    return
                }
                if x != 0 && !m32 {
                    z31 = x
                    fmt.Println(z31, "   z21")
                }
                if x != 0 && m32 {
                    z31 = x
                    fmt.Println(z31, "   z31 Channel Saving ")
                }
                if x == 0 {
                    m31 = true
                    if m31 && m32 {
                        fmt.Println(" z21 Channel Saving Stopped ")
                        m31 = false
                        m32 = false
                    }
                    if m31 && !m32 {
                        z31 = x
                        fmt.Println(z31, "   z31  Channel Saved ")

                    }

                }
            }

        case x, open := <-command23:
            {
                if !open {
                    return
                }
                if x != 0 && !m31 {
                    z32 = x
                    fmt.Println(z32, "   z32")
                }
                if x != 0 && m31 {
                    z32 = x
                    fmt.Println(z32, "   z32 Channel Saving ")
                }
                if x == 0 {
                    m32 = true
                    if m31 && m32 {
                        fmt.Println(" z32 Channel Saving Stopped ")
                        m31 = false
                        m32 = false
                    }
                    if m32 && !m31 {
                        z32 = x
                        fmt.Println(z32, "   z32  Channel Saved ")

                    }

                }
            }
        default:
            runtime.Gosched()
        }
        if !m31 && !m32 {
            y := rand.Intn(100)
            if y%2 == 0 {
                response13 <- y
            }

            if y%2 != 0 {
                response23 <- y
            }
        }

        if m31 && !m32 {
            y := rand.Intn(100)
            response13 <- y
        }

        if !m31 && m32 {
            y := rand.Intn(100)
            response23 <- y
        }

    }
    close(response13)
    close(response23)
}

func main() {

    command12 := make(chan int, 10)
    response12 := make(chan int, 10)
    command13 := make(chan int, 10)
    response13 := make(chan int, 10)
    command23 := make(chan int, 10)
    response23 := make(chan int, 10)

    go Routine1(command12, response12, command13, response13)
    go Routine2(command12, response12, command23, response23)
    Routine3(command13, response13, command23, response23)

    time.Sleep(5 * time.Second) // 保持程序运行一段时间，以便观察goroutine的执行
}

注意事项：

• rand.Seed(time.Now().UnixNano())用于初始化随机数生成器，以确保每次运行程序时生成不同的随机数序列。
• time.Sleep(5 * time.Second)用于保持程序运行一段时间，以便观察goroutine的执行情况。在实际应用中，应该使用更合适的同步机制来确保所有goroutine都已完成。

4. 简化状态管理

尽可能简化goroutine的状态管理。避免使用复杂的逻辑和多个状态变量，这可以降低代码的复杂性，并减少死锁的风险。

5. 确定性和可预测的行为

并发程序应该具有确定性和可预测的行为。这意味着程序的输出应该只取决于输入，而不取决于goroutine的执行顺序。避免使用竞态条件和不确定性操作，这可以提高代码的可维护性和可靠性。

总结

解决Go并发程序中的死锁问题需要深入理解goroutine和通道的工作原理，并采取适当的措施来避免死锁的发生。使用缓冲通道、添加default分支到select语句、简化状态管理以及确保确定性和可预测的行为是避免死锁的有效方法。在编写并发程序时，应该始终考虑死锁的风险，并采取相应的预防措施。

理论要掌握，实操不能落！以上关于《Go并发死锁原因及解决方法详解》的详细介绍，大家都掌握了吧！如果想要继续提升自己的能力，那么就来关注golang学习网公众号吧！