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Go 语言 sync.WaitGroup 深度解析
sync.WaitGroup 是 Go 语言标准库中用于协调多个 goroutine 执行的重要同步原语，它提供了一种简单有效的方式让主 goroutine 等待一组工作 goroutine 完成任务。
核心概念
WaitGroup 结构
type WaitGroup struct {// 包含状态和信号量// ...
}主要方法
func (wg *WaitGroup) Add(delta int) // 增加等待的计数器值
func (wg *WaitGroup) Done() // 减少计数器值（等同于 Add(-1)）
func (wg *WaitGroup) Wait() // 阻塞直到计数器归零基本使用模式
package mainimport ("fmt""sync""time"
)func main() {var wg sync.WaitGroup// 启动3个goroutinefor i := 1; i <= 3; i++ {wg.Add(1) // 增加一个等待计数go worker(i, &wg)}// 等待所有goroutine完成wg.Wait()fmt.Println("所有工作已完成!")
}func worker(id int, wg *sync.WaitGroup) {defer wg.Done() // 确保任务结束时减少计数fmt.Printf("Worker %d 开始工作\n", id)time.Sleep(time.Duration(id) * time.Second) // 模拟工作耗时fmt.Printf("Worker %d 完成工作\n", id)
}输出:
Worker 1 开始工作
Worker 3 开始工作
Worker 2 开始工作
Worker 1 完成工作
Worker 2 完成工作
Worker 3 完成工作
所有工作已完成!关键特性解析
1. Add 和 Done 必须配对
// 错误示例：Add 和 Done 数量不匹配
wg.Add(3)
for i := 0; i < 2; i++ {go func() {defer wg.Done()// ...}()
}
wg.Wait() // 死锁：永远等待第三个 Done2. 不能在 Wait 之后调用 Add
var wg sync.WaitGroupgo func() {wg.Add(1)defer wg.Done()// ...
}()wg.Wait()// 错误：在 Wait 之后添加任务
wg.Add(1) // 可能导致 panic3. 零值可用
// 无需初始化
var wg sync.WaitGroup高级用法
1. 任务组嵌套
func main() {var mainWg sync.WaitGroupfor groupID := 1; groupID <= 3; groupID++ {mainWg.Add(1)go func(id int) {defer mainWg.Done()runTaskGroup(id)}(groupID)}mainWg.Wait()fmt.Println("所有任务组完成")
}func runTaskGroup(groupID int) {var groupWg sync.WaitGrouptaskCount := groupID * 2for taskID := 1; taskID <= taskCount; taskID++ {groupWg.Add(1)go func(tid int) {defer groupWg.Done()time.Sleep(time.Duration(tid) * 500 * time.Millisecond)fmt.Printf("任务组 %d - 任务 %d 完成\n", groupID, tid)}(taskID)}groupWg.Wait()fmt.Printf("任务组 %d 完成\n", groupID)
}2. 并发限制 + WaitGroup
func runConcurrentTasks(maxConcurrent int, tasks []func()) {sem := make(chan struct{}, maxConcurrent)var wg sync.WaitGroupfor i, task := range tasks {sem <- struct{}{} // 获取信号量wg.Add(1)go func(idx int, t func()) {defer func() {<-sem // 释放信号量wg.Done() // 任务完成}()fmt.Printf("开始任务 %d\n", idx)t()fmt.Printf("完成任务 %d\n", idx)}(i, task)}wg.Wait()close(sem)
}3. 等待超时控制
func waitWithTimeout(wg *sync.WaitGroup, timeout time.Duration) bool {ch := make(chan struct{})go func() {defer close(ch)wg.Wait()ch <- struct{}{}}()select {case <-ch:return true // 正常完成case <-time.After(timeout):return false // 超时}
}// 使用方式
var wg sync.WaitGroup
// ... 添加任务
if !waitWithTimeout(&wg, 5*time.Second) {fmt.Println("任务执行超时")
}WaitGroup 内部实现原理
底层结构（简化版）
type WaitGroup struct {state1 [3]uint32 // 包含计数器、等待计数器和信号量的状态
}工作流程
-
Add(delta int):
- 原子操作增加计数器
- 如果计数器变为负值，触发 panic
-
Done():
- 调用 Add(-1)
- 如果计数器归零，唤醒所有等待的 goroutine
-
Wait():
- 等待直到计数器归零
- 使用信号量避免忙等待
- 多个 goroutine 可以同时调用 Wait
常见陷阱与解决方案
1. 指针传递问题
// 错误：传递 WaitGroup 副本
func worker(wg sync.WaitGroup) {defer wg.Done()// ...
}func main() {var wg sync.WaitGroupwg.Add(1)go worker(wg) // 传递副本，无效wg.Wait() // 永远等待
}// 正确：传递指针
func worker(wg *sync.WaitGroup) {defer wg.Done()// ...
}2. 忘记调用 Done
func main() {var wg sync.WaitGroupwg.Add(1)go func() {// 忘记调用 Done!time.Sleep(time.Second)fmt.Println("完成任务")}()wg.Wait() // 死锁
}解决方案: 始终使用 defer wg.Done()
3. 提前调用 Wait
func main() {var wg sync.WaitGroupgo func() {// 这里可能比 Add 调用晚执行wg.Add(1)defer wg.Done()// ...}()wg.Wait() // 可能过早退出
}解决方案: 在主 goroutine 中集中添加任务
func main() {var wg sync.WaitGrouptasks := []func(){...}for _, task := range tasks {wg.Add(1)go func(t func()) {defer wg.Done()t()}(task)}wg.Wait()
}WaitGroup 与其他同步原语对比
| 原语 | 用途 | 适用场景 |
|---|---|---|
| WaitGroup | 等待一组 goroutine 完成 | 批量任务、并行计算 |
| Channel | goroutine 间通信 | 数据传递、事件通知 |
| Mutex | 保护共享资源 | 临界区访问 |
| Cond | goroutine 条件等待 | 等待特定条件满足 |
| Once | 确保操作只执行一次 | 单例初始化 |
| RWMutex | 读写分离的互斥锁 | 读多写少的场景 |
最佳实践
-
使用 defer 调用 Done:
wg.Add(1) go func() {defer wg.Done() // 确保一定调用// ... }() -
主协程中初始化计数:
tasks := getTasks() wg.Add(len(tasks)) // 一次性添加计数 for _, task := range tasks {go process(task, &wg) } wg.Wait() -
避免在子协程中调用 Add:
// 不推荐 go func() {wg.Add(1)defer wg.Done()// ... }()// 推荐 wg.Add(1) go func() {defer wg.Done()// ... }() -
使用 Context 处理超时:
ctx, cancel := context.WithTimeout(context.Background(), 5*time.Second) defer cancel()go func() {defer wg.Done()select {case <-time.After(10 * time.Second):// 长时间任务case <-ctx.Done():// 超时取消return} }()
性能考虑
sync.WaitGroup 的实现非常高效：
- 使用原子操作进行计数
- 基于信号量的等待机制避免忙等待
- 零值即可安全使用
- 无额外内存分配（栈分配）
在绝大多数场景下，WaitGroup 的性能开销可以忽略不计，可以放心使用。
实际应用案例
1. 并行文件处理
func processFiles(files []string) {var wg sync.WaitGroupfor _, file := range files {wg.Add(1)go func(f string) {defer wg.Done()processFile(f)}(file)}wg.Wait()
}2. 批量 API 请求
func fetchURLs(urls []string) map[string]string {results := make(map[string]string)var mu sync.Mutexvar wg sync.WaitGroupfor _, url := range urls {wg.Add(1)go func(u string) {defer wg.Done()resp, err := http.Get(u)if err != nil {return}defer resp.Body.Close()body, _ := io.ReadAll(resp.Body)mu.Lock()results[u] = string(body)mu.Unlock()}(url)}wg.Wait()return results
}3. 分布式任务执行
func distributeTasks(tasks []Task, workers int) {taskCh := make(chan Task, len(tasks))var wg sync.WaitGroup// 创建工作池for i := 0; i < workers; i++ {wg.Add(1)go func(workerID int) {defer wg.Done()for task := range taskCh {processTask(workerID, task)}}(i)}// 分发任务for _, task := range tasks {taskCh <- task}close(taskCh)wg.Wait()
}sync.WaitGroup 是 Go 语言并发编程中最基础且最强大的工具之一，掌握其正确用法对于编写高效可靠的并发程序至关重要。通过配合其他同步原语，可以构建出复杂的并发处理系统。