自旋锁和互斥锁实例_Golang互斥锁内部实现的实例详解

本篇文章主要介绍了详解Golang互斥锁内部实现，小编觉得挺不错的，现在分享给大家，也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧

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_canSpin

func 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_doSpin

func sync_runtime_doSpin() {

procyield(active_spin_cnt)

}

3、runtime_SemacquireMutex:

//go:linkname sync_runtime_SemacquireMutex sync.runtime_SemacquireMutex

func sync_runtime_SemacquireMutex(addr *uint32) {

semacquire(addr, semaBlockProfile|semaMutexProfile)

}

4、runtime_Semrelease:

//go:linkname sync_runtime_Semrelease sync.runtime_Semrelease

func 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<

}

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<

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。