mutex鎖的同步機(jī)制有哪些創(chuàng)新突破

Mutex（互斥鎖）是一種同步機(jī)制，用于防止多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)共享資源，從而避免數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)和不一致性。以下是關(guān)于mutex鎖的同步機(jī)制的創(chuàng)新突破：

樂(lè)觀(guān)自旋

樂(lè)觀(guān)自旋是一種優(yōu)化技術(shù)，當(dāng)線(xiàn)程嘗試獲取已被占用的鎖時(shí)，它會(huì)先進(jìn)行自旋等待，而不是立即進(jìn)入阻塞狀態(tài)。這種方法在鎖被短暫持有的情況下非常有效，因?yàn)樗苊饬松舷挛那袚Q的開(kāi)銷(xiāo)。如果自旋一段時(shí)間后鎖仍然不可用，線(xiàn)程會(huì)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，讓出CPU時(shí)間片給其他線(xiàn)程。

MCS鎖

為了解決多個(gè)CPU爭(zhēng)用鎖導(dǎo)致的CPU高速緩存顛簸問(wèn)題，Linux內(nèi)核引入了MCS鎖（Multi-Core Synchronization）。MCS鎖通過(guò)將鎖的狀態(tài)與CPU核心關(guān)聯(lián)起來(lái)，減少了緩存爭(zhēng)用，提高了多核環(huán)境下的性能。

自旋鎖的排隊(duì)機(jī)制

自旋鎖的排隊(duì)機(jī)制類(lèi)似于銀行柜臺(tái)的排隊(duì)叫號(hào)系統(tǒng)。當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程嘗試獲取鎖時(shí)，如果鎖已被占用，它會(huì)獲取一個(gè)排隊(duì)號(hào)，并在等待隊(duì)列中等待。當(dāng)鎖釋放時(shí)，等待隊(duì)列中的下一個(gè)線(xiàn)程會(huì)被喚醒并嘗試獲取鎖。

鎖的粒度控制

通過(guò)減小鎖的粒度，可以限制鎖保護(hù)的資源范圍，從而減少鎖的持有時(shí)間，提高并發(fā)性能。這要求開(kāi)發(fā)者在設(shè)計(jì)鎖時(shí)，盡量只鎖定必要的資源，并在操作完成后盡快釋放鎖。

讀寫(xiě)鎖（RWMutex）

讀寫(xiě)鎖允許多個(gè)讀操作同時(shí)進(jìn)行，但寫(xiě)操作會(huì)阻塞所有其他操作。這在讀多寫(xiě)少的場(chǎng)景下能顯著提高性能。Go語(yǔ)言中的sync.RWMutex就是這種鎖的一個(gè)例子。

鎖的公平性改進(jìn)

為了解決協(xié)程在搶鎖時(shí)的公平性問(wèn)題，Go語(yǔ)言對(duì)mutex進(jìn)行了改進(jìn)，使得CPU上的協(xié)程也有機(jī)會(huì)搶鎖，而不是嚴(yán)格按照先進(jìn)先出（FIFO）的順序排隊(duì)。

鎖的饑餓問(wèn)題解決

通過(guò)引入饑餓狀態(tài)，當(dāng)協(xié)程等待時(shí)長(zhǎng)超過(guò)一定閾值時(shí)，mutex會(huì)進(jìn)入饑餓狀態(tài)，此時(shí)鎖的執(zhí)行權(quán)會(huì)由解鎖的協(xié)程直接交給隊(duì)列頭部的協(xié)程，避免了協(xié)程長(zhǎng)時(shí)間饑餓的問(wèn)題。

這些創(chuàng)新突破不僅提高了mutex鎖的性能，還增強(qiáng)了其在多線(xiàn)程和多核環(huán)境中的適用性和穩(wěn)定性。