详解Golang互斥锁内部实现

2020-04-01 19:05:03

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供稿：网友

go语言提供了一种开箱即用的共享资源的方式，互斥锁(sync.Mutex), sync.Mutex的零值表示一个没有被锁的，可以直接使用的，一个goroutine获得互斥锁后其他的goroutine只能等到这个gorutine释放该互斥锁,在Mutex结构中只公开了两个函数，分别是Lock和Unlock，在使用互斥锁的时候非常简单，本文并不阐述使用。

在使用sync.Mutex的时候千万不要做值拷贝，因为这样可能会导致锁失效。当我们打开我们的IDE时候跳到我们的sync.Mutex 代码中会发现它有如下的结构:

type Mutex struct { state int32   //互斥锁上锁状态枚举值如下所示 sema uint32  //信号量，向处于Gwaitting的G发送信号}const ( mutexLocked = 1 << iota // 1 互斥锁是锁定的 mutexWoken       // 2 唤醒锁 mutexWaiterShift = iota // 2 统计阻塞在这个互斥锁上的goroutine数目需要移位的数值)

上面的state值分别为 0(可用) 1(被锁) 2~31等待队列计数

下面是互斥锁的源码，这里会有四个比较重要的方法需要提前解释，分别是runtime_canSpin，runtime_doSpin，runtime_SemacquireMutex，runtime_Semrelease，

1、runtime_canSpin：比较保守的自旋，golang中自旋锁并不会一直自旋下去，在runtime包中runtime_canSpin方法做了一些限制, 传递过来的iter大等于4或者cpu核数小等于1，最大逻辑处理器大于1，至少有个本地的P队列，并且本地的P队列可运行G队列为空。

//go:linkname sync_runtime_canSpin sync.runtime_canSpinfunc sync_runtime_canSpin(i int) bool { if i >= active_spin || ncpu <= 1 || gomaxprocs <= int32(sched.npidle+sched.nmspinning)+1 { return false } if p := getg().m.p.ptr(); !runqempty(p) { return false } return true}

2、 runtime_doSpin：会调用procyield函数，该函数也是汇编语言实现。函数内部循环调用PAUSE指令。PAUSE指令什么都不做，但是会消耗CPU时间，在执行PAUSE指令时，CPU不会对它做不必要的优化。

//go:linkname sync_runtime_doSpin sync.runtime_doSpinfunc sync_runtime_doSpin() { procyield(active_spin_cnt)}

3、runtime_SemacquireMutex:

//go:linkname sync_runtime_SemacquireMutex sync.runtime_SemacquireMutexfunc sync_runtime_SemacquireMutex(addr *uint32) { semacquire(addr, semaBlockProfile|semaMutexProfile)}

4、runtime_Semrelease:

//go:linkname sync_runtime_Semrelease sync.runtime_Semreleasefunc sync_runtime_Semrelease(addr *uint32) { semrelease(addr)}Mutex的Lock函数定义如下func (m *Mutex) Lock() {    //先使用CAS尝试获取锁 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) {        //这里是-race不需要管它 if race.Enabled {  race.Acquire(unsafe.Pointer(m)) }        //成功获取返回 return } awoke := false //循环标记 iter := 0    //循环计数器 for { old := m.state //获取当前锁状态 new := old | mutexLocked //将当前状态最后一位指定1 if old&mutexLocked != 0 { //如果所以被占用  if runtime_canSpin(iter) { //检查是否可以进入自旋锁  if !awoke && old&mutexWoken == 0 && old>>mutexWaiterShift != 0 &&   atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, old|mutexWoken) {                     //awoke标记为true   awoke = true  }                //进入自旋状态  runtime_doSpin()  iter++  continue  }            //没有获取到锁，当前G进入Gwaitting状态  new = old + 1<<mutexWaiterShift } if awoke {  if new&mutexWoken == 0 {  throw("sync: inconsistent mutex state")  }            //清除标记  new &^= mutexWoken }        //更新状态 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {  if old&mutexLocked == 0 {  break  }                         // 锁请求失败,进入休眠状态,等待信号唤醒后重新开始循环  runtime_SemacquireMutex(&m.sema)  awoke = true  iter = 0 } } if race.Enabled { race.Acquire(unsafe.Pointer(m)) }}Mutex的Unlock函数定义如下func (m *Mutex) Unlock() { if race.Enabled { _ = m.state race.Release(unsafe.Pointer(m)) } // 移除标记 new := atomic.AddInt32(&m.state, -mutexLocked) if (new+mutexLocked)&mutexLocked == 0 { throw("sync: unlock of unlocked mutex") } old := new for { //当休眠队列内的等待计数为0或者自旋状态计数器为0，退出 if old>>mutexWaiterShift == 0 || old&(mutexLocked|mutexWoken) != 0 {  return } // 减少等待次数，添加清除标记 new = (old - 1<<mutexWaiterShift) | mutexWoken if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {            // 释放锁,发送释放信号  runtime_Semrelease(&m.sema)  return } old = m.state }}

互斥锁无冲突是最简单的情况了，有冲突时，首先进行自旋，，因为大多数的Mutex保护的代码段都很短，经过短暂的自旋就可以获得；如果自旋等待无果，就只好通过信号量来让当前Goroutine进入Gwaitting状态。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持VEVB武林网。

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