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文章标题：Go中的sync.Cond与sync.WaitGroup有何不同？
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在Go语言并发编程的广阔天地里，sync.Cond 与 sync.WaitGroup 是两个用于控制多个goroutine之间同步与协作的重要工具。尽管它们都服务于协调并发执行的任务，但它们在功能、使用场景以及内部实现机制上有着显著的差异。接下来，我们将深入探讨这两个同步原语的异同，帮助你在实际编程中更加精准地选择和使用它们。

sync.WaitGroup：简单而强大的并发计数器

sync.WaitGroup 是Go标准库中一个非常直观且强大的并发控制工具，它主要用于等待一组goroutine的完成。你可以将其想象为一个计数器，每当一个goroutine启动时，就对这个计数器执行一次增加操作（Add(1)），每当一个goroutine完成时，就对这个计数器执行一次减少操作（Done()，内部实际上调用Add(-1)）。主goroutine（通常是启动这些子goroutine的那个）会调用Wait()方法等待，直到计数器归零，表示所有子goroutine都已执行完毕。

使用场景

  • 并发任务的等待：当你需要启动多个goroutine去执行并发任务，并且主goroutine需要等待所有这些任务完成后才能继续执行时，sync.WaitGroup 是非常合适的选择。
  • 资源管理：在并发场景下，有时需要等待所有资源都被正确释放或所有处理都完成后才能继续。WaitGroup 可以帮助确保所有必要的清理工作都在继续执行之前完成。

示例代码

package main

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

func worker(id int, wg *sync.WaitGroup) {
    defer wg.Done() // 确保在goroutine退出时减少WaitGroup的计数
    fmt.Printf("Worker %d starting\n", id)

    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Printf("Worker %d done\n", id)
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 1; i <= 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go worker(i, &wg)
    }

    wg.Wait() // 等待所有worker完成
    fmt.Println("All workers finished")
}

sync.Cond：基于条件变量的复杂同步

与sync.WaitGroup相比，sync.Cond 提供了更为复杂的同步机制，它基于条件变量（condition variable）实现。条件变量允许一个或多个goroutine在某个条件未满足时阻塞，并在条件变为满足时被唤醒继续执行。sync.Cond 必须与一个互斥锁（通常是*sync.Mutex或*sync.RWMutex）配合使用，以确保条件检查和条件变量的操作是原子性的。

使用场景

  • 复杂的同步逻辑：当同步逻辑不仅仅是等待一组任务的完成时，而是需要基于某些条件（这些条件可能在多个goroutine中被修改）来决定何时继续执行时，sync.Cond 显得尤为有用。
  • 生产者-消费者问题：在典型的生产者-消费者问题中，消费者可能需要等待生产者生产足够的数据，这时可以使用sync.Cond来等待特定条件（如队列非空）的满足。

示例代码

package main

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

type Queue struct {
    items []int
    mu    sync.Mutex
    cond  *sync.Cond
}

func NewQueue() *Queue {
    q := &Queue{
        items: make([]int, 0),
    }
    q.cond = sync.NewCond(&q.mu)
    return q
}

func (q *Queue) Enqueue(item int) {
    q.mu.Lock()
    defer q.mu.Unlock()

    q.items = append(q.items, item)
    q.cond.Signal() // 通知一个等待的goroutine
}

func (q *Queue) Dequeue() (int, bool) {
    q.mu.Lock()
    defer q.mu.Unlock()

    for len(q.items) == 0 {
        q.cond.Wait() // 等待条件满足
    }

    item := q.items[0]
    q.items = q.items[1:]
    return item, true
}

func main() {
    q := NewQueue()

    // 生产者
    go func() {
        for i := 0; i < 5; i++ {
            q.Enqueue(i)
            fmt.Printf("Produced: %d\n", i)
            time.Sleep(200 * time.Millisecond)
        }
    }()

    // 消费者
    for i := 0; i < 5; i++ {
        item, ok := q.Dequeue()
        if !ok {
            break
        }
        fmt.Printf("Consumed: %d\n", item)
    }

    // 假设这里还有其他逻辑...
}

异同点总结

  • 功能复杂度：sync.WaitGroup 功能相对简单，主要用于等待一组goroutine的完成。而sync.Cond 提供了基于条件的等待/通知机制，适用于更复杂的同步场景。
  • 使用场景：WaitGroup 适用于并发任务的基本同步，如等待所有子任务完成；Cond 更适用于需要根据特定条件变化来决定何时继续执行的场景。
  • 内部机制：WaitGroup 通过内部计数器实现同步；Cond 则需要与互斥锁配合使用，通过条件变量和等待队列来实现。
  • 灵活性：Cond 提供了更高的灵活性，允许等待特定的条件满足；而WaitGroup 一旦调用Wait()，就只能等待所有goroutine完成，缺乏条件判断的能力。

结语

在Go语言的并发编程实践中，sync.WaitGroup 和 sync.Cond 都是不可或缺的工具。它们各自在特定的场景下发挥着重要作用，选择哪一个取决于你的具体需求。通过合理使用这些同步原语，你可以有效地控制goroutine之间的执行顺序，确保并发程序的正确性和高效性。如果你对并发编程有深入的兴趣，不妨在码小课网站上进一步探索更多相关的知识和实践案例，不断提升自己的编程技能。

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