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Go基础系列:互斥锁Mutex和读写锁RWMutex用法详述(一)
2018-11-22 00:09:08 】 浏览:59
Tags:基础 系列 Mutex 读写 RWMutex 用法 详述

sync.Mutex

Go中使用sync.Mutex类型实现mutex(排他锁、互斥锁)。在源代码的sync/mutex.go文件中,有如下定义:

// A Mutex is a mutual exclusion lock.
// The zero value for a Mutex is an unlocked mutex.
//
// A Mutex must not be copied after first use.
type Mutex struct {
    state int32
    sema uint32
}

这没有任何非凡的地方。和mutex相关的所有事情都是通过sync.Mutex类型的两个方法sync.Lock()和sync.Unlock()函数来完成的,前者用于获取sync.Mutex锁,后者用于释放sync.Mutex锁。sync.Mutex一旦被锁住,其它的Lock()操作就无法再获取它的锁,只有通过Unlock()释放锁之后才能通过Lock()继续获取锁。

也就是说,已有的锁会导致其它申请Lock()操作的goroutine被阻塞,且只有在Unlock()的时候才会解除阻塞

另外需要注意,sync.Mutex不区分读写锁,只有Lock()与Lock()之间才会导致阻塞的情况,如果在一个地方Lock(),在另一个地方不Lock()而是直接修改或访问共享数据,这对于sync.Mutex类型来说是允许的,因为mutex不会和goroutine进行关联。如果想要区分读、写锁,可以使用sync.RWMutex类型,见后文。

在Lock()和Unlock()之间的代码段称为资源的临界区(critical section),在这一区间内的代码是严格被Lock()保护的,是线程安全的,任何一个时间点都只能有一个goroutine执行这段区间的代码

以下是使用sync.Mutex的一个示例,稍后是非常详细的分析过程。

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

// 共享变量
var (
    m  sync.Mutex
    v1 int
)

// 修改共享变量
// 在Lock()和Unlock()之间的代码部分是临界区
func change(i int) {
    m.Lock()
    time.Sleep(time.Second)
    v1 = v1 + 1
    if v1%10 == 0 {
        v1 = v1 - 10*i
    }
    m.Unlock()
}

// 访问共享变量
// 在Lock()和Unlock()之间的代码部分是是临界区
func read() int {
    m.Lock()
    a := v1
    m.Unlock()
    return a
}

func main() {
    var numGR = 21
    var wg sync.WaitGroup

    fmt.Printf("%d", read())

    // 循环创建numGR个goroutine
    // 每个goroutine都执行change()、read()
    // 每个change()和read()都会持有锁
    for i := 0; i < numGR; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(i int) {
            defer wg.Done()
            change(i)
            fmt.Printf(" -> %d", read())
        }(i)
    }

    wg.Wait()
}

第一次执行结果:

0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 -> -100 -> -99
-> -98 -> -97 -> -96 -> -95 -> -94 -> -93 -> -92 -> -91 -> -260 -> -259

第二次执行结果:注意其中的-74和-72之间跨了一个数

0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 -> -80 -> -79 
-> -78 -> -77 -> -76 -> -75 -> -74 -> -72 -> -71 -> -230 -> -229 -> -229

上面的示例中,change()、read()都会申请锁,并在准备执行完函数时释放锁,它们如何修改数据、访问数据本文不多做解释。需要详细解释的是main()中的for循环部分。

在for循环中,会不断激活新的goroutine(共21个)执行匿名函数,在每个匿名函数中都会执行change()和read(),意味着每个goroutine都会申请两次锁、释放两次锁,且for循环中没有任何Sleep延迟,这21个goroutine几乎是一瞬间同时激活的。

但由于change()和read()中都申请锁,对于这21个goroutine将要分别执行的42个critical section,Lock()保证了在某一时间点只有其中一个goroutine能访问其中一个critical section。当释放了一个critical section,其它的Lock()将争夺互斥锁,也就是所谓的竞争现象(race condition)。因为竞争的存在,这42个critical section被访问的顺序是随机的,完全无法保证哪个critical section先被访问。

对于前9个被调度到的goroutine,无论是哪个goroutine取得这9个change(i)中的critical section,都只是对共享变量v1做加1运算,但当第10个goroutine被调度时,由于v1加1之后得到10,它满足if条件,会执行v1 = v1 - i*10,但这个i可能是任意0到numGR之间的值(因为无法保证并发的goroutine的调度顺序),这使得v1的值从第10个goroutine开始出现随机性。但从第10到第19个goroutine被调度的过程中,也只是对共享变量v1做加1运算,这些值是可以根据第10个数推断出来的,到第20个goroutine,又再次随机。依此类推。

此外,每个goroutine中的read()也都会参与锁竞争,所以并不能保证每次change(i)之后会随之执行到read(),可能goroutine 1的change()执行完后,会跳转到goroutine 3的change()上,这样一来,goroutine 1的read()就无法读取到goroutine 1所修改的v1值,而是访问到其它goroutine中修改后的值。所以,前面的第二次执行结果中出现了一次数据跨越。只不过执行完change()后立即执行read()的几率比较大,所以多数时候输出的数据都是连续的。

总而言之,Mutex保证了每个critical section安全,某一时间点只有一个goroutine访问到这部分,但也因此而出现了随机性

如果Lock()后忘记了Unlock(),将会永久阻塞而出现死锁。如果

适合sync.Mutex的数据类型

其实,对于内置类型的共享变量来说,使用sync.Mutex和Lock()、Unlock()来保护也是不合理的,因为它们自身不包含Mute
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