golang 全局变量 并发

在Go语言中，全局变量的使用是一个常见的编程需求。全局变量可以在程序的任何地方被访问和修改，它的作用范围覆盖整个程序。然而，在并发编程中使用全局变量需要特别小心，因为多个并发的线程同时访问并修改全局变量可能会导致数据竞争（data race）问题，造成程序的运行结果不确定。

什么是全局变量

全局变量是指在函数之外定义的变量，它们可以在程序的任何地方被访问和修改。在Go语言中，全局变量使用var关键字进行定义，但不伴随着任何函数体。

下面是一个例子，展示了如何定义和使用全局变量：

var count int // 定义一个全局变量

func main() {
    count = 10 // 修改全局变量的值
    fmt.Println(count) // 打印全局变量的值
}

并发编程中的挑战

并发编程是指在同一时间内执行多个操作的编程方式。在并发编程中，多个线程同时执行不同的任务，这些线程可以共享全局变量。然而，并发编程也带来了一些挑战，其中之一就是全局变量的安全性。

当多个线程同时读写同一个全局变量时，可能会出现数据竞争的情况。数据竞争发生在至少有两个线程同时对同一个变量进行读和写的情况下。这种情况下，无法保证变量值的正确性，程序的行为将变得不可预测。

使用互斥锁保护全局变量

为了解决并发读写全局变量可能导致的数据竞争问题，Go语言提供了sync包，里面包含了用于实现互斥锁的Mutex类型。互斥锁可以用来保护临界区（critical section）中的共享资源，确保同一时间只有一个线程可以访问该资源。

下面是一个使用互斥锁保护全局变量的例子：

var count int
var mutex sync.Mutex // 定义互斥锁

func increment() {
    mutex.Lock() // 加锁
    count++      // 访问临界区
    mutex.Unlock() // 解锁
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            increment()
        }()
    }

    wg.Wait()

    fmt.Println(count)
}

在上面的例子中，使用互斥锁（sync.Mutex）对全局变量count进行了保护。在increment函数中，首先使用mutex.Lock()函数获取锁，然后在临界区内进行对count的修改，最后使用mutex.Unlock()函数释放锁。

使用原子操作保护全局变量

除了互斥锁，Go语言还提供了原子操作（atomic operation）来保护全局变量的并发访问。原子操作是一个不可分割的操作，它要么全部执行成功，要么全部执行失败，不会被其他线程打断。

在Go语言中，原子操作可以通过atomic包下的一系列函数来完成，例如atomic.AddInt32、atomic.LoadInt32和atomic.StoreInt32等。

下面是一个使用原子操作保护全局变量的例子：

var count int32

func increment() {
    atomic.AddInt32(&count, 1)
}

func main() {
    var wg sync.WaitGroup

    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            increment()
        }()
    }

    wg.Wait()

    fmt.Println(count)
}

在上面的例子中，使用了atomic.AddInt32函数对全局计数器count进行原子自增操作。该函数的第一个参数是指向需要自增的变量的指针，第二个参数是自增的值。由于原子操作是不可被打断的，所以可以确保每个goroutine都能正确地自增计数器。

在并发编程中使用全局变量需要特别小心，因为多个并发的线程同时访问并修改全局变量可能会导致数据竞争问题。为了解决这个问题，可以使用互斥锁或原子操作来保护全局变量的并发访问。通过正确地使用这些机制，可以确保并发编程中全局变量的安全性。