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  • 并发读写
    千次阅读
    2022-03-14 18:20:09

    在 linux 环境下用 Python 进行项目开发过程中经常会遇到多个进程对同一个文件进行读写问题,而此时就要对文件进行加锁控制,在 Python 的 linux 版本下有个 fcntl 模块可以方便的对文件进行加、解锁控制。

    import fcntl
    file_path = "/home/ubuntu/aaa.json"
    f = open(file_path, 'w')
    fcntl.flock(f.fileno(), fcntl.LOCK_EX)	# 加锁,其它进程对文件操作则不能成功
    f.write("something")
    fcntl.flock(f.fileno(), fcntl.LOCK_UN)	# 解锁
    f.close()
    

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  • 1、 控制数据的并发读写 上班摸鱼,打卡学习MySQL第一天,mysql是如何控制并发读写的。场景是这样的,当多个进程在同一时刻读取同一数据的时候,不会出现差错。但是当一个进程读取数据,另一个进程想要去修改数据...

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    1、 控制数据的并发读写          

    2、事务

            2.1、ACID特征:

            2.2、事务的隔离级别:

            2.3、死锁

      3、存储引擎

    3.1、innodb存储引擎

    3.2、Myisam存储引擎


    1、 控制数据的并发读写          

            上班摸鱼,打卡学习MySQL第一天,mysql是如何控制并发读写的。场景是这样的,当多个进程在同一时刻读取同一数据的时候,不会出现差错。但是当一个进程读取数据,另一个进程想要去修改数据。这个时候,读数据的那个进程可能会报错,或者读取到的数据不一致。

            为了解决这种并发读写的操作,我们可以使用读锁(共享锁)和写锁(排它锁)。读锁是共享的,可以支持多个进程共同读取数据。写锁是排他的,当一个进程在修改数据时,会阻塞其他进程读操作或者写操作,直到当前操作完成。

            锁粒度可以更精确的锁住需要修改的数据,任何锁的操作都是需要消耗系统资源的。在资源相对的情况下,锁定的数据量越少,就越能提高性能,提高并发。

            锁策略就是在锁的开销和数据的安全性之间寻找平衡。mysql的每个存储引擎都可以实现锁粒度和锁策略。最重要的锁策略有表锁行级锁。表锁是开销最小的锁,并且表锁是不依赖于存储引擎。在用户对表进行写操作时,会阻塞其他用户进行读操作和写操作。多个读操作之间不会相互阻塞。(写锁比读锁优先级更高,在锁队列中,写锁可能排在读锁前面。)行级锁只存在于存储引擎,服务器并不知道它的存在。行级锁可以更大程度的提高并发操作,不过会增加开销。

    2、事务

            2.1、ACID特征:

    原子性:一个事务必须是不可分割的最小单元,要么全部提交成功,要么全部提交失败回滚。不能只执行成功一半。

    一致性:数据库从一致性的一个状态转换到另一个一致性的状态,只要数据还没有提交,就不会报存到数据库中去。

    隔离性:一般情况下,在一个事务还没有提交前,对另一个事务是不可见的。

    持久性:在一个事务提交后,即使系统崩溃,修改的数据也不会丢失。

            2.2、事务的隔离级别

    读未提交:一个事务会读取其他事务还未提交的数据,会产生脏读(事务读取未提交的数据)。

    读已提交:一个事务在提交前所做的修改,对另一个事务都是不可见的。两次读取数据的结果有可能不一样,也叫做不可重复读。

    可重复读:在同一个事务中,多次读取数据的结果是一致的。解决了脏读的问题,但是会产生幻读,即在一个事务中读取一个范围内的数据,在另一个事务中往这个范围内新增了数据。当之前那个事务再次读取数据的时候,会造成读取到的数据不一致。(mysql默认隔离级别)

    可串行化:最高的隔离级别,强制每一个事务串行化。可以避免幻读,在每一行数据中加锁,会导致大量超时,在不保证并发的情况下可以使用。

            2.3、死锁

    死锁是指多个事务之间互相占用对方的资源,并请求锁定对方的资源,导致出现死循环的情况。解决方法:在innodb中,可以检测事务的循环依赖,然后返回一个错误。或者设置锁等待的超时时间,放弃执行这个事务并回滚,然后再重新执行回滚的事务。

      3、存储引擎

    3.1、innodb存储引擎

             Innodb是事务型引擎,数据存储在表空间中,支持高并发,实现了四个隔离级别,默认是可重复读,通过间隙锁防止幻读。innodb是通过聚簇索引建立的。

    3.2、Myisam存储引擎

            不支持事务和行级锁,将表存在数据文件(.MYD)和索引文件(.MYI)。MySIAM对整张表加锁,在读取数据是加共享锁,在写入数据是在排他锁。

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  • Introduction The Go memory model specifies the conditions under which reads of a variable in one goroutine can be guaranteed to observe values produced by writes to the same variable in a different ...

    Introduction

    The Go memory model specifies the conditions under which reads of a variable in one goroutine can be guaranteed to observe values produced by writes to the same variable in a different goroutine.

    Advice

    Programs that modify data being simultaneously accessed by multiple goroutines must serialize such access.

    To serialize access, protect the data with channel operations or other synchronization primitives such as those in the sync and sync/atomic packages.

    If you must read the rest of this document to understand the behavior of your program, you are being too clever.

    Don't be clever.

    使用 go tool compile -S ./main.go 来获 取汇编结果。在下面的输出结果中,s = "I am string" 赋值语句会被拆成两部分: 先 更新字符串的长度 len 字段, 再更新具体的字符串内容到 str 字段。
    
    "".main.func1 STEXT size=89 args=0x8 locals=0x8
    	0x0000 00000 (./main.go:5)      TEXT    "".main.func1(SB), ABIInternal, $8-8
    	0x0000 00000 (./main.go:5)      MOVQ    (TLS), CX
    	0x0009 00009 (./main.go:5)      CMPQ    SP, 16(CX)
    	0x000d 00013 (./main.go:5)      JLS     82
    	0x000f 00015 (./main.go:5)      SUBQ    $8, SP
    	0x0013 00019 (./main.go:5)      MOVQ    BP, (SP)
    	0x0017 00023 (./main.go:5)      LEAQ    (SP), BP
    	0x001b 00027 (./main.go:5)      FUNCDATA        $0, gclocals·1a65e721a2ccc325b382662e7ffee780(SB)
    	0x001b 00027 (./main.go:5)      FUNCDATA        $1, gclocals·69c1753bd5f81501d95132d08af04464(SB)
    	0x001b 00027 (./main.go:5)      FUNCDATA        $2, gclocals·39825eea4be6e41a70480a53a624f97b(SB)
    	0x001b 00027 (./main.go:6)      PCDATA  $0, $1
    	0x001b 00027 (./main.go:6)      PCDATA  $1, $1
    
    	  0x001b 00027 (./main.go:6)      MOVQ    "".&s+16(SP), DI
    先更新长度  0x0020 00032 (./main.go:6)      MOVQ    $11, 8(DI)
    
    	0x0028 00040 (./main.go:6)      PCDATA  $0, $-2
    	0x0028 00040 (./main.go:6)      PCDATA  $1, $-2
    	0x0028 00040 (./main.go:6)      CMPL    runtime.writeBarrier(SB), $0
    	0x002f 00047 (./main.go:6)      JNE     68
    
    再赋值内容  0x0031 00049 (./main.go:6)      LEAQ    go.string."I am string"(SB), AX
    	  0x0038 00056 (./main.go:6)      MOVQ    AX, (DI)
    
    	0x003b 00059 (./main.go:7)      MOVQ    (SP), BP
    	0x003f 00063 (./main.go:7)      ADDQ    $8, SP
    	0x0043 00067 (./main.go:7)      RET
    	0x0044 00068 (./main.go:6)      LEAQ    go.string."I am string"(SB), AX
    	0x004b 00075 (./main.go:6)      CALL    runtime.gcWriteBarrier(SB)
    	0x0050 00080 (./main.go:6)      JMP     59
    	0x0052 00082 (./main.go:6)      NOP
    	0x0052 00082 (./main.go:5)      PCDATA  $1, $-1
    	0x0052 00082 (./main.go:5)      PCDATA  $0, $-1
    	0x0052 00082 (./main.go:5)      CALL    runtime.morestack_noctxt(SB)
    	0x0057 00087 (./main.go:5)      JMP     0
    NOTE: runtime.xxxBarrier 是 Go 编译器为垃圾回收生成的代码,可以忽略。
    
    回到一开始的问题 example 2 代码片段,r = append(r, s...) 采用 memmove 方法从字符串 s 拷贝 len(s) 个字节到 r 里。由于 s = "panic?" 赋值和 append 读 操作是同时进行:假设 s.len 已经被更新成 6 ,但是 s.str 还是 nil 状态,这个时候 正好执行了 append 的操作,直接读取空指针必定会 panic

    参考:https://go.dev/ref/mem

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  • Golang map 并发读写问题源码分析

    千次阅读 2020-08-18 09:10:13
    但是map有一个非常致命的坑点,在并发场景下,并发读/写都可能会出现fatal error:concurrent map read and map write的错误,刚开始使用map的时候天真的认为只要不对同一个key进行并发操作就行,但

    map介绍及问题描述

    map主要用来存储kv数据,其底层使用的是开链法去冲突的hashtable,拥有自动扩容机制。使用map最方便的一点是可以O(1)快速查询(目前slice并没有提供查询接口,只能通过自己写算法实现某个元素是否存在)。

    map虽然好用,但是可能不适用。

    但是map有一个非常致命的坑点,在并发场景下,并发读/写都可能会出现fatal error:concurrent map read and map write的错误,刚开始使用map的时候天真的认为只要不对同一个key进行并发操作就行,但是现实很骨感。测试时并发量很小的时候可能不会存在问题(只是运气好),并发量一大就会有问题。

    但是不是所有场景下并发使用map都是不安全的
    这是golang的官方文档,上面提到了只要有更新的操作存在,map就是非线程安全的,但是如果使用场景只是并发读,不涉及到写/删操作,那么就是并发安全的。
    [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-vwYcv6EP-1597712982988)(https://yunpan.oa.tencent.com/note/api/file/getImage?fileId=5f33ebf86f0b9316e203d9bc)]

    源码分析

    定义

    map head中flags字段,记录了当前map的一些状态,其中hashWriting就是造成并发读写map报错的“罪魁祸首”。

    // A header for a Go map.
    type hmap struct {
    	// Note: the format of the hmap is also encoded in cmd/compile/internal/gc/reflect.go.
    	// Make sure this stays in sync with the compiler's definition.
    	count     int // # live cells == size of map.  Must be first (used by len() builtin)
    	flags     uint8
    	B         uint8  // log_2 of # of buckets (can hold up to loadFactor * 2^B items)
    	noverflow uint16 // approximate number of overflow buckets; see incrnoverflow for details
    	hash0     uint32 // hash seed
    
    	buckets    unsafe.Pointer // array of 2^B Buckets. may be nil if count==0.
    	oldbuckets unsafe.Pointer // previous bucket array of half the size, non-nil only when growing
    	nevacuate  uintptr        // progress counter for evacuation (buckets less than this have been evacuated)
    
    	extra *mapextra // optional fields
    }
    
    	// flags
    	iterator     = 1 // there may be an iterator using buckets
    	oldIterator  = 2 // there may be an iterator using oldbuckets
    	hashWriting  = 4 // a goroutine is writing to the map
    	sameSizeGrow = 8 // the current map growth is to a new map of the same size
    

    写入

    • 向map中新增元素最终会调用mapassign函数,在新增操作开始之前就会检验flagshashWriting位是否为1,为1则会报错。
    • 检验通过后会将该位置为1,标记当前正在写入。
    • 写入完成后将该位置为0
    // Like mapaccess, but allocates a slot for the key if it is not present in the map.
    func mapassign(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer {
    
        ...
        
    	if h.flags&hashWriting != 0 {
    		throw("concurrent map writes")
    	}
    	hash := t.hasher(key, uintptr(h.hash0))
    
    	// Set hashWriting after calling t.hasher, since t.hasher may panic,
    	// in which case we have not actually done a write.
    	h.flags ^= hashWriting
    
    	...
    done:
    	if h.flags&hashWriting == 0 {
    		throw("concurrent map writes")
    	}
    	h.flags &^= hashWriting
    
        ...
    

    读取

    读取数据的过程相对简单,在读取之前判断是否有置位,校验通过则可以进行读操作,读操作时不会进行置位的。
    这也是为啥,如果一个map被初始化ok之后,只要不做增删改,并发读报错的。

    // mapaccess1 returns a pointer to h[key].  Never returns nil, instead
    // it will return a reference to the zero object for the elem type if
    // the key is not in the map.
    // NOTE: The returned pointer may keep the whole map live, so don't
    // hold onto it for very long.
    func mapaccess1(t *maptype, h *hmap, key unsafe.Pointer) unsafe.Pointer {
    	...
    	if h.flags&hashWriting != 0 {
    		throw("concurrent map read and map write")
    	}
    	...
    }
    

    结论

    1.看过源码之后,发现这很像一个读写锁,但是并不会造成任何阻塞,有问题直接throw
    2.如果真的有初始化一次之后,一直并发读的场景,可以大胆使用map。

    常见解决方案

    1.自己加锁读。
    2.使用sync.map替代(看过一点原理,写数据时实现了加锁;使用了空间换时间的方式,用两个哈希结构存储Map,有一层缓存,加速读取数据。)
    3.使用二维切片替代,将key和index做映射。
    #如果有理解不到位或者理解失误的地方欢迎指正~

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