golang模拟实现带超时的信号量示例代码

前言

最近在写项目，需要用到信号量等待一些资源完成，但是最多等待N毫秒。在看本文的正文之前，我们先来看下C语言里的实现方法。

在C语言里，有如下的API来实现带超时的信号量等待：

SYNOPSIS
  #include <pthread.h>
 
  int
  pthread_cond_timedwait(pthread_cond_t *cond, pthread_mutex_t *mutex, const struct timespec *abstime);

然后在查看golang的document后，发现golang里并没有实现带超时的信号量，官方文档在这里。

原理

我的业务场景是这样的：我有一个缓存字典，当多个用户请求1个不存在的key时，只有1个请求会穿透到后端，而所有用户都要排队等这个请求完成，或者超时返回。

怎么实现呢？其实稍微想一想cond的原理，就能模拟一个带超时的cond出来。

在golang里，要同时实现”挂起等待”和”超时返回”，一般得用select case语法，一个case等待阻塞的资源，一个case等待一个timer，这一点是非常确定的。

原本阻塞的资源应该通过条件变量的机制来实现完成通知，既然这里决定用select case，那么自然想到用channel来代替这个完成通知。

接下来的问题就是，很多请求者并发来获取这个资源，但是资源还没有准备好，所以大家都要排队并挂起，等待资源完成，并且当资源完成后通知大家。

所以，这里很自然要为这个资源做一个队列，每个请求者创建一个chan，并将chan放到队列里，接着select case等待这个chan的通知。而另一端，资源完成后遍历队列，通知每个chan即可。

最后一个问题是，只有第一个请求者才能穿透请求到后端，而后续请求者不应该穿透重复的请求，这可以通过判断缓存里是否有这个key作为判定首次的条件，而标记位init来判断请求者是否应该排队。

我的场景

上面是思路，下面是我的业务场景实现。

func (cache *Cache) Get(key string, keyType int) *string {
 if keyType == KEY_TYPE_DOMAIN {
 key = "#" + key
 } else {
 key = "=" + key
 }
 
 cache.mutex.Lock()
 item, existed := cache.dict[key]
 if !existed {
 item = &cacheItem{}
 item.key = &key
 item.waitQueue = list.New()
 cache.dict[key] = item
 }
 cache.mutex.Unlock()
 
 conf := config.GetConfig()
 
 lastGet := getCurMs()
 
 item.mutex.Lock()
 item.lastGet = lastGet
 if item.init { // 已存在并且初始化
 defer item.mutex.Unlock()
 return item.value
 }
 
 // 未初始化，排队等待结果
 wait := waitItem{}
 wait.wait_chan = make(chan *string, 1)
 item.waitQueue.PushBack(&wait)
 item.mutex.Unlock()
 
 // 新增key, 启动goroutine获取初始值
 if !existed {
 go cache.initCacheItem(item, keyType)
 }
 
 timer := time.NewTimer(time.Duration(conf.Cache_waitTime) * time.Millisecond)
 
 var retval *string = nil
 
 // 等待初始化完成
 select {
 case retval = <- wait.wait_chan:
 case <- timer.C:
 }
 return retval
}

简述一下整个过程：

首先锁字典，如果key不存在，说明我是第一个请求者，我会创建这个key对应的value，只不过init=false表示它正在初始化。最后，释放字典锁。
接下来，锁住这个key，判断它已经初始化完成，那么直接返回value。否则，创建一个chan放入waitQueue等待队列。最后，释放key锁。
接着，如果当前是第一个请求者，那么会穿透请求到后端（在一个独立的协程里去发起网络调用）。
现在，创建一个用于超时的定时器。
最后，无论当前是否是key的第一个请求者，还是初始化期间的并发请求者，它们都通过select case超时的等待结果完成。

在initCacheItem函数里，数据已获取成功

 // 一旦标记为init, 后续请求将不再操作waitQueue
 item.mutex.Lock()
 item.value = newValue
 item.init = true
 item.expire = expire
 item.mutex.Unlock()
 
 // 唤醒所有排队者
 waitQueue := item.waitQueue
 for elem := waitQueue.Front(); elem != nil; elem = waitQueue.Front() {
 wait := elem.Value.(*waitItem)
 wait.wait_chan <- newValue
 waitQueue.Remove(elem)
 }

首先，锁住key，标记init=true，并赋值value，并释放锁。此后的请求，都可以立即返回，无需排队。
之后，因为init=true已被标记，此刻再也有没有请求会修改waitQueue，所以无需加锁，直接遍历队列，通知其中的每个chan。

最后

这样就实现了带超时的条件变量效果，实际上我的场景是一个broadcast的cond例子，大家可以参照思路实现自己想要的效果，活学活用。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了，希望本文的内容对大家的学习或者工作能带来一定的帮助，如果有疑问大家可以留言交流，谢谢大家对呐喊教程的支持。

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