WaitGroup.Wait() und Speicherbarrieren

In einer Multithread-Umgebung, in der auf gemeinsam genutzte Variablen zugegriffen wird, ist es wichtig, die Synchronisierung zu erzwingen um unerwartete Ergebnisse zu verhindern. Ein solcher Mechanismus in Go ist das Paket „sync.WaitGroup“, das die Verwaltung gleichzeitig laufender Goroutinen erleichtert.

Die vorliegende Frage dreht sich um die Beziehung zwischen „WaitGroup.Wait()“ und Speicherbarrieren innerhalb von a spezifisches Code-Snippet. In diesem Snippet werden mehrere Goroutinen gestartet, um eine bestimmte Bedingung für eine Reihe von Elementen zu überprüfen. Nachdem alle Goroutinen abgeschlossen sind, wird die Funktion „WaitGroup.Wait()“ aufgerufen, um die aufrufende Goroutine zu blockieren, bis der Wartezähler Null erreicht.

Es stellt sich die Frage: Ist es sicher, den Zustand der gemeinsam genutzten Variablen zu überprüfen? „condition“ after „WaitGroup.Wait()“ return?

Memory Barriers Dissected

Eine Speicherbarriere ist eine Hardwareanweisung, die eine bestimmte Reihenfolge der Speicherzugriffe erzwingt verschiedene Threads. Dadurch wird sichergestellt, dass die Auswirkungen von Speicherschreibvorgängen, die vor der Barriere ausgeführt werden, für nachfolgende Speicherlesevorgänge sichtbar sind, die nach der Barriere ausgeführt werden.

In der Go-Sprache werden Speicherbarrieren dem Programmierer nicht explizit angezeigt. Stattdessen erzwingen Synchronisationsprimitive wie „WaitGroup“ und „sync.Mutex“ bei Bedarf implizit Speicherbarrieren.

WaitGroup.Wait() und Happens-Before Relationship

The In der Dokumentation zu „WaitGroup.Wait()“ heißt es, dass es blockiert, bis der Wartezähler Null erreicht, ohne dass explizit eine Vorher-Beziehung hergestellt wird. Interne Implementierungsdetails zeigen jedoch, dass „WaitGroup.Wait()“ tatsächlich eine „Passiert-vorher“-Beziehung herstellt. Diese Beziehung bedeutet, dass alle vor „WaitGroup.Wait()“ durchgeführten Speicherschreibvorgänge garantiert für Speicherlesevorgänge sichtbar sind, die nach „WaitGroup.Wait()“ ausgeführt werden.

Sicherheit der Zustandsprüfung

Basierend auf der durch „WaitGroup.Wait()“ eingerichteten „events-before“-Beziehung ist es sicher, den Zustand der gemeinsam genutzten Variablen „condition“ nach der Rückkehr von „WaitGroup.Wait()“ zu überprüfen. Diese Garantie stellt sicher, dass alle Goroutinen ihre Ausführung abgeschlossen haben, und stellt sicher, dass der Wert von „condition“ von mindestens einer Goroutine geändert wurde, wenn die Bedingung für eines der Elemente erfüllt wurde.

Race Condition Caveat

Es ist wichtig zu beachten, dass die Sicherheit der Überprüfung von „condition“ nach „WaitGroup.Wait()“ nur dann gilt, wenn die Anzahl der verarbeiteten Elemente größer als eins ist. Wenn die Anzahl der Elemente eins beträgt, kann eine Race-Bedingung auftreten, bei der keine Goroutine die „Bedingung“ ändert, bevor „WaitGroup.Wait()“ aufgerufen wird. Daher ist es ratsam, dieses Szenario zu vermeiden, indem sichergestellt wird, dass die Anzahl der Elemente immer größer als eins ist.