Go 中多生产者-多消费者模型下的竞态与同步实践指南

本文详解 go 语言中多生产者/多消费者并发模型的典型陷阱——全局变量非原子操作引发的数据竞争，演示如何用 `atomic` 替代裸读写，并通过通道协调实现线程安全的序列号分发。

在 go 并发编程中，「多个 goroutine 同时读写同一变量」是导致不可预测行为的根源之一。你提供的代码看似能稳定输出 1 到 1000 的递增序列，实则掩盖了一个严重问题：seq++（即 seq = seq + 1）不是原子操作，它包含「读取 → 计算 → 写入」三步，在无同步保护下极易发生数据竞争（data race）。

? 为什么没看到重复数字？——表象背后的偶然性

你的程序中：

• requestChan 是无缓冲通道，所有消费者发送请求时会阻塞，直到某个 generateStuff goroutine 从该通道接收；
• generatorChan 同样无缓冲，生产者生成结果后必须等待消费者接收才继续；
• 这种双重通道同步形成了隐式串行化：即使有 20 个生产者，实际任一时刻往往仅有一个 goroutine 在执行 seq++ —— 尤其在 GOMAXPROCS=1（默认单 OS 线程）环境下，调度器倾向于让一个 goroutine 完成整个循环，从而“侥幸”避免了竞态暴露。

但这只是运气好，而非正确。一旦启用多线程（如 GOMAXPROCS=4）、增加负载或稍作扰动（如插入 runtime.Gosched()），竞态便会显现：seq 可能丢失自增、重复赋值，甚至导致程序崩溃。

✅ 正确做法：用原子操作替代共享变量修改

Go 标准库 sync/atomic 提供了对基础类型的安全原子操作。将 seq++ 替换为：

s := atomic.AddUint64(&seq, 1) // 原子递增并返回新值

这确保无论多少 goroutine 并发调用，seq 的更新都严格按顺序执行，绝无丢失或覆盖。

? 完整可运行示例（含日志与资源清理）

以下为优化后的生产者-消费者模型，已消除竞态、增强可观测性，并显式关闭通道防止 goroutine 泄漏：

package main  import (     "log"     "sync"     "sync/atomic"     "time" )  var seq uint64 = 0 var generatorChan = make(chan uint64, 10) // 建议加小缓冲提升吞吐 var requestChan = make(chan uint64, 10)  func generator(genID int) {     defer func() {         if r := recover(); r != nil {             log.Printf("Generator %d panicked: %v", genID, r)         }     }()     for reqID := range requestChan {         s := atomic.AddUint64(&seq, 1) // ✅ 线程安全递增         log.Printf("[Gen %2d] Req %3d → Seq %d", genID, reqID, s)         generatorChan <- s     } }  func worker(id int, work *sync.WaitGroup) {     defer work.Done()     for i := 0; i < 5; i++ {         requestChan <- uint64(id) result := <-generatorChan         log.printf("t[wrk %3d] got %4d", id, result) time.sleep(1 * time.millisecond)>

⚠️ 关键注意事项

 永远启用竞态检测器：使用 go run -race main.go 运行，它会精准定位所有数据竞争点；
 避免全局可变状态：优先用通道传递数据，次选用 atomic 或 sync.Mutex 保护共享变量；
 通道容量权衡：无缓冲通道提供强同步，但可能降低吞吐；小缓冲（如 10）可在保证顺序前提下提升性能；
 goroutine 泄漏防范：务必关闭不再使用的 channel 发送端，避免接收 goroutine 永久阻塞；
 日志工具选择：log 比 fmt.Println 更适合并发场景，因其内部加锁保证输出不交错（虽非绝对必要，但利于调试）。

通过本实践，你将真正理解：Go 的并发安全不来自语言魔法，而源于开发者对同步原语的主动、精确运用。通道是协程通信的骨架，原子操作是共享状态的基石——二者结合，方能构建健壮的多生产者-多消费者系统。