mutex 锁的理解和思考

news2024/9/21 5:29:52

并发的影响

goroutine 并发对数据做读写操作，如果没有锁的保护，得到的结果也就是不确定的。我们通过 goroutine 做累加的例子来看一下，下面的情况，我们预期进行了10次循环，每次加1，但执行的结果却不一定的10。

func main() {
	var wg sync.WaitGroup
	var count = 0

	for i := 0; i < 10; i++ {
		wg.Add(1)
		go func() {
			defer wg.Done()
			count++
		}()
	}
	fmt.Println(count)
}

为什么会出现这中情况呢，主要还是得看看 count++的汇编实现。命令行执行如下的代码，就可以查看代码汇编的结果。17行是代码中count++所在的行，go使用的版本是1.16

go tool compile -S main.go

其中，-S 表示输出汇编格式，一个 count++ 在汇编中分成了两条指令，首先将值移动到寄存器 AX 中，然后执行 INCQ。可以看出，count++并不是原子的，所以最终并行执行的结果不一定是 10

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错误用法

mutex 实现了 Locker 接口，提供了2个方法，我们使用的时候一般也是成对使用，并不容易遇到死锁的情况。

// A Locker represents an object that can be locked and unlocked.
type Locker interface {
	Lock()
	Unlock()
}

最常见的就是死锁，多发生在下面这种情况，封装的时候没有理顺调用关系，导致程序发生死锁。

下面的代码，就是经常手欠犯的错误，Get里面调用Put方法导致死锁。避免这类问题就特别需要反复提醒自己：Mutex 不支持重入。

type limit struct {
	sync.Mutex
}

func (l *limit) Get() {
	l.Lock()
	// do something
	l.Put() // 错误的用户，导致死锁
	l.Unlock()
}

func (l *limit) Put() {
	l.Lock()
	// do something
	l.Unlock()
}

另外， Mutex 锁不能被拷贝，主要的原因在于 Mutex 中保持了锁的状态信息，拷贝的副本是一个有状态的副本。

实现

下面是基于 go1.16的版本的Mutex结构体，主要就在这个 state 字段的设计上，int32 有 32 个bit位，Go通过一系列的位操作来处理这个 state。

在这里插入图片描述
比如，&^ 这个位运算，叫与非运算，127行完整的写法是 new = new &^ mutexWoken，&^ 的作用就是如果 mutexWoken 表示的bit位如果是1，就将对应new中的bit位设置为0。因为 mutexWoken 表示：当前存在活跃的协程，不需要唤醒阻塞等待的协程。所以，这里的操作表示设置当前没有活跃的协程。

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如果是简易版的实现，其实没有必要设置这么复杂的状态位，不过，也正是因为这些状态位，让 mutex 更加合理。我们看看这 32 个bit位都表示什么？

	mutexLocked = 1 << iota // mutex is locked
	mutexWoken
	mutexStarving
	mutexWaiterShift = iota

第一个bit位表示上锁状态。如果是1表示上锁成功，如果是0表示可以上锁。这应该算的上是 mutex 的根本了，本质上有了这个状态位就可以了。

mutexWoken 上面已经谈到了，注释中也给出了这个bit位的解释。在请求锁的时候，假设如果锁已经被协程1获取了，另外一些协程便会阻塞到信号量上，等待被唤醒。但当协程1准备去释放锁的时候，可能还有一部分协程正在试图请求加锁。这种情况下，unlock操作其实不需要去唤醒阻塞的协程，因为此时有活跃的协程在请求加锁。

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