通过 SingleFlight 模式学习 Go 并发编程

2023-02-28

key func call

本次阅读的源码位于 core/syncx/singleflight.go 。在 go-zero 中 SingleFlight 的作用是： 将并发请求合并成一个请求，以减少对下层服务的压力。应用场景1.查询缓存时，合并请求，提升服务

本次阅读的源码位于 core/syncx/singleflight.go 。

在 go-zero 中 SingleFlight 的作用是：将并发请求合并成一个请求，以减少对下层服务的压力。

应用场景

1.查询缓存时，合并请求，提升服务性能。

假设有一个 IP 查询的服务，每次用户请求先在缓存中查询一个 IP 的归属地，如果缓存中有结果则直接返回，不存在则进行 IP 解析操作。

如上图所示，n 个用户请求查询同一个 IP（8.8.8.8）就会对应 n 个 Redis 的查询，在高并发场景下，如果能将 n 个 Redis 查询合并成一个 Redis 查询，那么性能肯定会提升很多，而 SingleFlight 就是用来实现请求合并的，效果如下：

2.防止缓存击穿。

缓存击穿问题是指：在高并发的场景中，大量的请求同时查询一个 key ，如果这个 key 正好过期失效了，就会导致大量的请求都打到数据库，导致数据库的连接增多，负载上升。

通过 SingleFlight 可以将对同一个Key的并发请求进行合并，只让其中一个请求到数据库进行查询，其他请求共享同一个结果，可以很大程度提升并发能力。

应用方式

直接上代码：

func main() {
  round := 10
  var wg sync.WaitGroup
  barrier := syncx.NewSingleFlight()
  wg.Add(round)
  for i := 0; i < round; i++ {
    go func() {
      defer wg.Done()
      // 启用10个协程模拟获取缓存操作
      val, err := barrier.Do("get_rand_int", func() (interface{}, error) {
        time.Sleep(time.Second)
        return rand.Int(), nil
      })
      if err != nil {
        fmt.Println(err)
      } else {
        fmt.Println(val)
      }
    }()
  }
  wg.Wait()
}1.
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以上代码，模拟 10 个协程请求 Redis 获取一个 key 的内容，代码很简单，就是执行 Do() 方法。其中，接收两个参数，第一个参数是获取资源的标识，可以是 redis 中缓存的 key，第二个参数就是一个匿名函数，封装好要做的业务逻辑。最终获得的结果如下：

从上看出，10个协程都获得了同一个结果，也就是只有一个协程真正执行了 rand.Int() 获取了随机数，其他的协程都共享了这个结果。

源码解析

先看代码结构：

type (
  // 定义接口，有2个方法 Do 和 DoEx，其实逻辑是一样的，DoEx 多了一个标识，主要看Do的逻辑就够了
  SingleFlight interface {
    Do(key string, fn func() (interface{}, error)) (interface{}, error)
    DoEx(key string, fn func() (interface{}, error)) (interface{}, bool, error)
  }
  // 定义 call 的结构
  call struct {
    wg  sync.WaitGroup // 用于实现通过1个 call，其他 call 阻塞
    val interface{}    // 表示 call 操作的返回结果
    err error          // 表示 call 操作发生的错误
  }
  // 总控结构，实现 SingleFlight 接口
  flightGroup struct {
    calls map[string]*call // 不同的 call 对应不同的 key
    lock  sync.Mutex       // 利用锁控制请求
  }
)1.
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然后看最核心的 Do方法做了什么事情：

func (g *flightGroup) Do(key string, fn func() (interface{}, error)) (interface{}, error) {
  c, done := g.createCall(key)
  if done {
    return c.val, c.err
  }

  g.makeCall(c, key, fn)
  return c.val, c.err
}1.
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代码很简洁，利用 g.createCall(key) 对 key 发起 call 请求（其实就是做一件事情），如果此时已经有其他协程已经在发起 call 请求就阻塞住（done 为 true 的情况），等待拿到结果后直接返回。如果 done 是 false，说明当前协程是第一个发起 call 的协程，那么就执行 g.makeCall(c, key, fn) 真正地发起 call 请求（此后的其他协程就阻塞在了 g.createCall(key) )。

从上图可知，其实关键就两步：

判断是第一个请求的协程（利用map）
阻塞住其他所有协程（利用 sync.WaitGroup）

来看下 g.createCall(key) 如何实现的：

func (g *flightGroup) createCall(key string) (c *call, done bool) {
  g.lock.Lock()
  if c, ok := g.calls[key]; ok {
    g.lock.Unlock()
    c.wg.Wait()
    return c, true
  }

  c = new(call)
  c.wg.Add(1)
  g.calls[key] = c
  g.lock.Unlock()

  return c, false
}1.
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先看第一步：判断是第一个请求的协程（利用map）

g.lock.Lock()
if c, ok := g.calls[key]; ok {
  g.lock.Unlock()
  c.wg.Wait()
  return c, true
}1.
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此处判断 map 中的 key 是否存在，如果已经存在，说明已经有其他协程在请求了，当前这个协程只需要等待，等待是利用了 sync.WaitGroup 的 Wait() 方法实现的，此处还是很巧妙的。要注意的是，map 在 Go 中是非并发安全的，所以需要加锁。

再看第二步：阻塞住其他所有协程（利用 sync.WaitGroup）

c = new(call)
c.wg.Add(1)
g.calls[key] = c1.
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因为是第一个发起 call 的协程，所以需要 new 这个 call，然后将 wg.Add(1) ，这样就对应了上面的 wg.Wait() ，阻塞剩下的协程。随后将 new 的 call 放入 map 中，注意此时只是完成了初始化，并没有真正去执行call请求，真正的处理逻辑在 g.makeCall(c, key, fn) 中。

func (g *flightGroup) makeCall(c *call, key string, fn func() (interface{}, error)) {
  defer func() {
    g.lock.Lock()
    delete(g.calls, key)
    g.lock.Unlock()
    c.wg.Done()
  }()

  c.val, c.err = fn()
}1.
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