Go语言中的互斥锁和读写锁(Mutex和RWMutex)


虽然Go语言提供channel来保证协程的通信,但是某些场景用锁来显示保证协程的安全更清晰易懂。
Go语言中主要有两种锁,互斥锁Mutex和读写锁RWMutex,下面分别介绍一下使用方法,以及出现死锁的常见场景。

一、Mutex(互斥锁)

Mutex是互斥锁的意思,也叫排他锁,同一时刻一段代码只能被一个线程运行,使用只需要关注方法Lock(加锁)和Unlock(解锁)即可。
在Lock()和Unlock()之间的代码段称为资源的临界区(critical section),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。

不加锁示例

先来一段不加群的代码,10个协程同时累加1万

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var count = 0
    var wg sync.WaitGroup
    //十个协程数量
    n := 10
    wg.Add(n)
    for i := 0; i < n; i++ {
        go func() {
            defer wg.Done()
            //1万叠加
            for j := 0; j < 10000; j++ {
                count++
            }
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println(count)
}

运行结果如下

38532

正确的结果应该是100000,这里出现了并发写入更新错误的情况

加锁示例

我们再添加锁,代码如下

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var count = 0
    var wg sync.WaitGroup
    var mu sync.Mutex
    //十个协程数量
    n := 10
    wg.Add(n)
    for i := 0; i < n; i++ {
        go func() {
            defer wg.Done()
            //1万叠加
            for j := 0; j < 10000; j++ {
                mu.Lock()
                count++
                mu.Unlock()
            }
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println(count)
}

运行结果如下,可以看到,已经看到结果变成了正确的100000

二、RWMutex(读写锁)

Mutex在大量并发的情况下,会造成锁等待,对性能的影响比较大。
如果某个读操作的协程加了锁,其他的协程没必要处于等待状态,可以并发地访问共享变量,这样能让读操作并行,提高读性能。
RWLock就是用来干这个的,这种锁在某一时刻能由什么问题数量的reader持有,或者被一个wrtier持有

主要遵循以下规则 :

  1. 读写锁的读锁可以重入,在已经有读锁的情况下,可以任意加读锁。
  2. 在读锁没有全部解锁的情况下,写操作会阻塞直到所有读锁解锁。
  3. 写锁定的情况下,其他协程的读写都会被阻塞,直到写锁解锁。

Go语言的读写锁方法主要有下面这种

  1. Lock/Unlock:针对写操作。
    不管锁是被reader还是writer持有,这个Lock方法会一直阻塞,Unlock用来释放锁的方法
  2. RLock/RUnlock:针对读操作
    当锁被reader所有的时候,RLock会直接返回,当锁已经被writer所有,RLock会一直阻塞,直到能获取锁,否则就直接返回,RUnlock用来释放锁的方法

并发读示例

package main

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

func main() {
    var m sync.RWMutex
    go read(&m, 1)
    go read(&m, 2)
    go read(&m, 3)

    time.Sleep(2 * time.Second)
}

func read(m *sync.RWMutex, i int) {
    fmt.Println(i, "reader start")
    m.RLock()
    fmt.Println(i, "reading")
    time.Sleep(1 * time.Second)
    m.RUnlock()

    fmt.Println(i, "reader over")
}

运行如下

可以看到,3的读还没结束,1和2已经开始读了

并发读写示例

package main

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

var count = 0

func main() {
    var m sync.RWMutex
    for i := 1; i <= 3; i++ {
        go write(&m, i)
    }
    for i := 1; i <= 3; i++ {
        go read(&m, i)
    }

    time.Sleep(1 * time.Second)
    fmt.Println("final count:", count)
}

func read(m *sync.RWMutex, i int) {
    fmt.Println(i, "reader start")
    m.RLock()
    fmt.Println(i, "reading count:", count)
    time.Sleep(1 * time.Millisecond)
    m.RUnlock()

    fmt.Println(i, "reader over")
}

func write(m *sync.RWMutex, i int) {
    fmt.Println(i, "writer start")
    m.Lock()
    count++
    fmt.Println(i, "writing count", count)
    time.Sleep(1 * time.Millisecond)
    m.Unlock()

    fmt.Println(i, "writer over")
}

运行结果如下

如果我们可以明确区分reader和writer的协程场景,且是大师的并发读、少量的并发写,有强烈的性能需要,我们就可以考虑使用读写锁RWMutex替换Mutex

三、死锁场景

当两个或两个以上的进程在执行过程中,因争夺资源而处理一种互相等待的状态,如果没有外部干涉无法继续下去,这时我们称系统处于死锁或产生了死锁。
死锁主要有以下几种场景。

Lock/Unlock不是成对出现

没有成对出现容易会出现死锁的情况,或者是Unlock 一个未加锁的Mutex而导致 panic,代码建议以下面紧凑的方式出现

mu.Lock()
defer mu.Unlock()

锁被拷贝使用

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

func main() {
    var mu sync.Mutex
    mu.Lock()
    defer mu.Unlock()
    copyTest(mu)
}

//这里复制了一个锁,造成了死锁
func copyTest(mu sync.Mutex) {
    mu.Lock()
    defer mu.Unlock()
    fmt.Println("ok")
}

在函数外层已经加了一个Lock,在拷贝的时候又执行了一次Lock,因此这是一个永远不会获得的锁,因为外层函数的Unlock无法执行。

循环等待

A等待B,B等待C,C等待A,陷入了无限循环(哲学家就餐问题)

package main

import (
    "sync"
)

func main() {
    var muA, muB sync.Mutex
    var wg sync.WaitGroup

    wg.Add(2)
    go func() {
        defer wg.Done()
        muA.Lock()
        defer muA.Unlock()
        //A依赖B
        muB.Lock()
        defer muB.Lock()
    }()

    go func() {
        defer wg.Done()
        muB.Lock()
        defer muB.Lock()
        //B依赖A
        muA.Lock()
        defer muA.Unlock()
    }()
    wg.Wait()
}

以上就是Go语言的锁使用,由chenqionghe倾情整理,giao~

posted @ 2020-11-03 11:39  雪山飞猪  阅读(686)  评论(0编辑  收藏