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詳解Golang互斥鎖內(nèi)部實現(xiàn)

go語言提供了一種開箱即用的共享資源的方式,互斥鎖(sync.Mutex), sync.Mutex的零值表示一個沒有被鎖的,可以直接使用的,一個goroutine獲得互斥鎖后其他的goroutine只能等到這個gorutine釋放該互斥鎖,在Mutex結(jié)構(gòu)中只公開了兩個函數(shù),分別是Lock和Unlock,在使用互斥鎖的時候非常簡單,本文并不闡述使用。

成都創(chuàng)新互聯(lián)公司服務(wù)項目包括烏蘇網(wǎng)站建設(shè)、烏蘇網(wǎng)站制作、烏蘇網(wǎng)頁制作以及烏蘇網(wǎng)絡(luò)營銷策劃等。多年來,我們專注于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè),利用自身積累的技術(shù)優(yōu)勢、行業(yè)經(jīng)驗、深度合作伙伴關(guān)系等,向廣大中小型企業(yè)、政府機構(gòu)等提供互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的解決方案,烏蘇網(wǎng)站推廣取得了明顯的社會效益與經(jīng)濟效益。目前,我們服務(wù)的客戶以成都為中心已經(jīng)輻射到烏蘇省份的部分城市,未來相信會繼續(xù)擴大服務(wù)區(qū)域并繼續(xù)獲得客戶的支持與信任!

在使用sync.Mutex的時候千萬不要做值拷貝,因為這樣可能會導(dǎo)致鎖失效。當我們打開我們的IDE時候跳到我們的sync.Mutex 代碼中會發(fā)現(xiàn)它有如下的結(jié)構(gòu):

type Mutex struct {
 state int32   //互斥鎖上鎖狀態(tài)枚舉值如下所示
 sema uint32  //信號量,向處于Gwaitting的G發(fā)送信號
}

const (
 mutexLocked = 1 << iota // 1 互斥鎖是鎖定的
 mutexWoken       // 2 喚醒鎖
 mutexWaiterShift = iota // 2 統(tǒng)計阻塞在這個互斥鎖上的goroutine數(shù)目需要移位的數(shù)值
)

上面的state值分別為 0(可用) 1(被鎖) 2~31等待隊列計數(shù)

下面是互斥鎖的源碼,這里會有四個比較重要的方法需要提前解釋,分別是runtime_canSpin,runtime_doSpin,runtime_SemacquireMutex,runtime_Semrelease,

1、runtime_canSpin:比較保守的自旋,golang中自旋鎖并不會一直自旋下去,在runtime包中runtime_canSpin方法做了一些限制, 傳遞過來的iter大等于4或者cpu核數(shù)小等于1,最大邏輯處理器大于1,至少有個本地的P隊列,并且本地的P隊列可運行G隊列為空。

//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:會調(diào)用procyield函數(shù),該函數(shù)也是匯編語言實現(xiàn)。函數(shù)內(nèi)部循環(huán)調(diào)用PAUSE指令。PAUSE指令什么都不做,但是會消耗CPU時間,在執(zhí)行PAUSE指令時,CPU不會對它做不必要的優(yōu)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函數(shù)定義如下

func (m *Mutex) Lock() {
    //先使用CAS嘗試獲取鎖
 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) {
        //這里是-race不需要管它
 if race.Enabled {
  race.Acquire(unsafe.Pointer(m))
 }
        //成功獲取返回
 return
 }

 awoke := false //循環(huán)標記
 iter := 0    //循環(huán)計數(shù)器
 for {
 old := m.state //獲取當前鎖狀態(tài)
 new := old | mutexLocked //將當前狀態(tài)最后一位指定1
 if old&mutexLocked != 0 { //如果所以被占用
  if runtime_canSpin(iter) { //檢查是否可以進入自旋鎖
  if !awoke && old&mutexWoken == 0 && old>>mutexWaiterShift != 0 &&
   atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, old|mutexWoken) { 
                    //awoke標記為true
   awoke = true
  }
                //進入自旋狀態(tài)
  runtime_doSpin()
  iter++
  continue
  }
            //沒有獲取到鎖,當前G進入Gwaitting狀態(tài)
  new = old + 1<<mutexWaiterShift
 }
 if awoke {
  if new&mutexWoken == 0 {
  throw("sync: inconsistent mutex state")
  }
            //清除標記
  new &^= mutexWoken
 }
        //更新狀態(tài)
 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
  if old&mutexLocked == 0 {
  break
  }
             
            // 鎖請求失敗,進入休眠狀態(tài),等待信號喚醒后重新開始循環(huán)
  runtime_SemacquireMutex(&m.sema)
  awoke = true
  iter = 0
 }
 }

 if race.Enabled {
 race.Acquire(unsafe.Pointer(m))
 }
}
Mutex的Unlock函數(shù)定義如下

func (m *Mutex) Unlock() {
 if race.Enabled {
 _ = m.state
 race.Release(unsafe.Pointer(m))
 }

 // 移除標記
 new := atomic.AddInt32(&m.state, -mutexLocked)
 if (new+mutexLocked)&mutexLocked == 0 {
 throw("sync: unlock of unlocked mutex")
 }

 old := new
 for {
 //當休眠隊列內(nèi)的等待計數(shù)為0或者自旋狀態(tài)計數(shù)器為0,退出
 if old>>mutexWaiterShift == 0 || old&(mutexLocked|mutexWoken) != 0 {
  return
 }
 // 減少等待次數(shù),添加清除標記
 new = (old - 1<<mutexWaiterShift) | mutexWoken
 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
            // 釋放鎖,發(fā)送釋放信號
  runtime_Semrelease(&m.sema)
  return
 }
 old = m.state
 }
}

互斥鎖無沖突是最簡單的情況了,有沖突時,首先進行自旋,,因為大多數(shù)的Mutex保護的代碼段都很短,經(jīng)過短暫的自旋就可以獲得;如果自旋等待無果,就只好通過信號量來讓當前Goroutine進入Gwaitting狀態(tài)。

以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持創(chuàng)新互聯(lián)。

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