Go語言互斥鎖Mutex和讀寫鎖RWMutex的用法

這篇文章主要介紹“Go語言互斥鎖Mutex和讀寫鎖RWMutex的用法”，在日常操作中，相信很多人在Go語言互斥鎖Mutex和讀寫鎖RWMutex的用法問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Go語言互斥鎖Mutex和讀寫鎖RWMutex的用法”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！

sync.Mutex

Go中使用sync.Mutex類型實現(xiàn)mutex(排他鎖、互斥鎖)。在源代碼的sync/mutex.go文件中，有如下定義：

// A Mutex is a mutual exclusion lock. // The zero value for a Mutex is an unlocked mutex. // // A Mutex must not be copied after first use. type Mutex struct {    state int32 sema uint32 }

這沒有任何非凡的地方。和mutex相關(guān)的所有事情都是通過sync.Mutex類型的兩個方法sync.Lock()和sync.Unlock()函數(shù)來完成的，前者用于獲取sync.Mutex鎖，后者用于釋放sync.Mutex鎖。sync.Mutex一旦被鎖住，其它的Lock()操作就無法再獲取它的鎖，只有通過Unlock()釋放鎖之后才能通過Lock()繼續(xù)獲取鎖。

也就是說，已有的鎖會導(dǎo)致其它申請Lock()操作的goroutine被阻塞，且只有在Unlock()的時候才會解除阻塞。

另外需要注意，sync.Mutex不區(qū)分讀寫鎖，只有Lock()與Lock()之間才會導(dǎo)致阻塞的情況，如果在一個地方Lock()，在另一個地方不Lock()而是直接修改或訪問共享數(shù)據(jù)，這對于sync.Mutex類型來說是允許的，因為mutex不會和goroutine進行關(guān)聯(lián)。如果想要區(qū)分讀、寫鎖，可以使用sync.RWMutex類型，見后文。

在Lock()和Unlock()之間的代碼段稱為資源的臨界區(qū)(critical section)，在這一區(qū)間內(nèi)的代碼是嚴格被Lock()保護的，是線程安全的，任何一個時間點都只能有一個goroutine執(zhí)行這段區(qū)間的代碼。

以下是使用sync.Mutex的一個示例，稍后是非常詳細的分析過程。

package main import ( "fmt" "sync" "time" ) // 共享變量 var (    m  sync.Mutex    v1 int ) // 修改共享變量 // 在Lock()和Unlock()之間的代碼部分是臨界區(qū) func change(i int) {    m.Lock()    time.Sleep(time.Second)    v1 = v1 + 1 if v1%10 == 0 {        v1 = v1 - 10*i    }    m.Unlock()} // 訪問共享變量 // 在Lock()和Unlock()之間的代碼部分是是臨界區(qū) func read() int {    m.Lock()    a := v1    m.Unlock() return a} func main() { var numGR = 21 var wg sync.WaitGroup    fmt.Printf("%d", read()) // 循環(huán)創(chuàng)建numGR個goroutine // 每個goroutine都執(zhí)行change()、read() // 每個change()和read()都會持有鎖 for i := 0; i < numGR; i++ {        wg.Add(1) go func(i int) { defer wg.Done()            change(i)            fmt.Printf(" -> %d", read())        }(i)    }    wg.Wait()}

第一次執(zhí)行結(jié)果：

20 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 -> -100 -> -99 -> -98 -> -97 -> -96 -> -95 -> -94 -> -93 -> -92 -> -91 -> -260 -> -259

第二次執(zhí)行結(jié)果：注意其中的-74和-72之間跨了一個數(shù)

20 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 5 -> 6 -> 7 -> 8 -> 9 -> -80 -> -79 -> -78 -> -77 -> -76 -> -75 -> -74 -> -72 -> -71 -> -230 -> -229 -> -229

上面的示例中，change()、read()都會申請鎖，并在準備執(zhí)行完函數(shù)時釋放鎖，它們?nèi)绾涡薷臄?shù)據(jù)、訪問數(shù)據(jù)本文不多做解釋。需要詳細解釋的是main()中的for循環(huán)部分。

在for循環(huán)中，會不斷激活新的goroutine(共21個)執(zhí)行匿名函數(shù)，在每個匿名函數(shù)中都會執(zhí)行change()和read()，意味著每個goroutine都會申請兩次鎖、釋放兩次鎖，且for循環(huán)中沒有任何Sleep延遲，這21個goroutine幾乎是一瞬間同時激活的。

但由于change()和read()中都申請鎖，對于這21個goroutine將要分別執(zhí)行的42個critical section，Lock()保證了在某一時間點只有其中一個goroutine能訪問其中一個critical section。當釋放了一個critical section，其它的Lock()將爭奪互斥鎖，也就是所謂的競爭現(xiàn)象(race condition)。因為競爭的存在，這42個critical section被訪問的順序是隨機的，完全無法保證哪個critical section先被訪問。

對于前9個被調(diào)度到的goroutine，無論是哪個goroutine取得這9個change(i)中的critical section，都只是對共享變量v1做加1運算，但當?shù)?0個goroutine被調(diào)度時，由于v1加1之后得到10，它滿足if條件，會執(zhí)行v1 = v1 - i*10，但這個i可能是任意0到numGR之間的值(因為無法保證并發(fā)的goroutine的調(diào)度順序)，這使得v1的值從第10個goroutine開始出現(xiàn)隨機性。但從第10到第19個goroutine被調(diào)度的過程中，也只是對共享變量v1做加1運算，這些值是可以根據(jù)第10個數(shù)推斷出來的，到第20個goroutine，又再次隨機。依此類推。

此外，每個goroutine中的read()也都會參與鎖競爭，所以并不能保證每次change(i)之后會隨之執(zhí)行到read()，可能goroutine 1的change()執(zhí)行完后，會跳轉(zhuǎn)到goroutine 3的change()上，這樣一來，goroutine 1的read()就無法讀取到goroutine 1所修改的v1值，而是訪問到其它goroutine中修改后的值。所以，前面的第二次執(zhí)行結(jié)果中出現(xiàn)了一次數(shù)據(jù)跨越。只不過執(zhí)行完change()后立即執(zhí)行read()的幾率比較大，所以多數(shù)時候輸出的數(shù)據(jù)都是連續(xù)的。

總而言之，Mutex保證了每個critical section安全，某一時間點只有一個goroutine訪問到這部分，但也因此而出現(xiàn)了隨機性。

如果Lock()后忘記了Unlock()，將會永久阻塞而出現(xiàn)死鎖。如果

適合sync.Mutex的數(shù)據(jù)類型

其實，對于內(nèi)置類型的共享變量來說，使用sync.Mutex和Lock()、Unlock()來保護也是不合理的，因為它們自身不包含Mutex屬性。真正合理的共享變量是那些包含Mutex屬性的struct類型。例如：type mytype struct {

m   sync.Mutex var int }x := new(mytype)

這時只要想保護var變量，就先x.m.Lock()，操作完var后，再x.m.Unlock()。這樣就能保證x中的var字段變量一定是被保護的。

sync.RWMutex

Go中使用sync.RWMutex類型實現(xiàn)讀寫互斥鎖rwmutex。在源代碼的sync/rwmutex.go文件中，有如下定義：

// A RWMutex is a reader/writer mutual exclusion lock.// The lock can be held by an arbitrary number of readers or a single writer.// The zero value for a RWMutex is an unlocked mutex.//// A RWMutex must not be copied after first use.//// If a goroutine holds a RWMutex for reading and another goroutine might// call Lock, no goroutine should expect to be able to acquire a read lock // until the initial read lock is released. In particular, this prohibits// recursive read locking. This is to ensure that the lock eventually becomes// available; a blocked Lock call excludes new readers from acquiring the// lock. type RWMutex struct {    w Mutex // held if there are pending writers    writerSem   uint32 // 寫鎖需要等待讀鎖釋放的信號量    readerSem   uint32 // 讀鎖需要等待寫鎖釋放的信號量    readerCount int32  // 讀鎖后面掛起了多少個寫鎖申請    readerWait  int32  // 已釋放了多少個讀鎖}

上面的注釋和源代碼說明了幾點：

RWMutex是基于Mutex的，在Mutex的基礎(chǔ)之上增加了讀、寫的信號量，并使用了類似引用計數(shù)的讀鎖數(shù)量
讀鎖與讀鎖兼容，讀鎖與寫鎖互斥，寫鎖與寫鎖互斥，只有在鎖釋放后才可以繼續(xù)申請互斥的鎖

1. ：

可以同時申請多個讀鎖
有讀鎖時申請寫鎖將阻塞，有寫鎖時申請讀鎖將阻塞
只要有寫鎖，后續(xù)申請讀鎖和寫鎖都將阻塞

此類型有幾個鎖和解鎖的方法：

func (rw *RWMutex) Lock() func (rw *RWMutex) RLock() func (rw *RWMutex) RLocker() Locker func (rw *RWMutex) RUnlock() func (rw *RWMutex) Unlock()

其中：

Lock()和Unlock()用于申請和釋放寫鎖
RLock()和RUnlock()用于申請和釋放讀鎖一次RUnlock()操作只是對讀鎖數(shù)量減1，即減少一次讀鎖的引用計數(shù)
如果不存在寫鎖，則Unlock()引發(fā)panic，如果不存在讀鎖，則RUnlock()引發(fā)panic
RLocker()用于返回一個實現(xiàn)了Lock()和Unlock()方法的Locker接口

此外，無論是Mutex還是RWMutex都不會和goroutine進行關(guān)聯(lián)，這意味著它們的鎖申請行為可以在一個goroutine中操作，釋放鎖行為可以在另一個goroutine中操作。

由于RLock()和Lock()都能保證數(shù)據(jù)不被其它goroutine修改，所以在RLock()與RUnlock()之間的，以及Lock()與Unlock()之間的代碼區(qū)都是critical section。

以下是一個示例，此示例中同時使用了Mutex和RWMutex，RWMutex用于讀、寫，Mutex只用于讀。

package main import ( "fmt" "os" "sync" "time" ) var Password = secret{password: "myPassword"}type secret struct { RWM sync.RWMutex M sync.Mutex password string} // 通過rwmutex寫 func Change(c *secret, pass string) { c.RWM.Lock()    fmt.Println("Change with rwmutex lock")    time.Sleep(3 * time.Second) c.password = pass c.RWM.Unlock()} // 通過rwmutex讀 func rwMutexShow(c *secret) string { c.RWM.RLock()    fmt.Println("show with rwmutex",time.Now().Second())    time.Sleep(1 * time.Second) defer c.RWM.RUnlock() return c.password} // 通過mutex讀，和rwMutexShow的唯一區(qū)別在于鎖的方式不同 func mutexShow(c *secret) string { c.M.Lock()    fmt.Println("show with mutex:",time.Now().Second())    time.Sleep(1 * time.Second) defer c.M.Unlock() return c.password} func main() { // 定義一個稍后用于覆蓋(重寫)的函數(shù) var show = func(c *secret) string { return "" } // 通過變量賦值的方式，選擇并重寫showFunc函數(shù) if len(os.Args) != 2 {        fmt.Println("Using sync.RWMutex!",time.Now().Second())        show = rwMutexShow    } else {        fmt.Println("Using sync.Mutex!",time.Now().Second())        show = mutexShow    } var wg sync.WaitGroup // 激活5個goroutine，每個goroutine都查看 // 根據(jù)選擇的函數(shù)不同，showFunc()加鎖的方式不同 for i := 0; i < 5; i++ {        wg.Add(1)        go func() { defer wg.Done()            fmt.Println("Go Pass:", show(&Password),time.Now().Second())        }()    } // 激活一個申請寫鎖的goroutine go func() {        wg.Add(1) defer wg.Done() Change(&Password, "123456")    }() // 阻塞，直到所有wg.Done wg.Wait()}

Change()函數(shù)申請寫鎖，并睡眠3秒后修改數(shù)據(jù)，然后釋放寫鎖。

rwMutexShow()函數(shù)申請讀鎖，并睡眠一秒后取得數(shù)據(jù)，并釋放讀鎖。注意，rwMutexShow()中的print和return是相隔一秒鐘的。

mutexShow()函數(shù)申請Mutex鎖，和RWMutex互不相干。和rwMutexShow()唯一不同之處在于申請的鎖不同。

main()中，先根據(jù)命令行參數(shù)數(shù)量決定運行哪一個show()。之所以能根據(jù)函數(shù)變量來賦值，是因為先定義了一個show()函數(shù)，它的函數(shù)簽名和rwMutexShow()、mutexShow()的簽名相同，所以可以相互賦值。

for循環(huán)中激活了5個goroutine并發(fā)運行，for瞬間激活5個goroutine后，繼續(xù)執(zhí)行main()代碼會激活另一個用于申請寫鎖的goroutine。這6個goroutine的執(zhí)行順序是隨機的。

如果show選中的函數(shù)是rwMutexShow()，則5個goroutine要申請的RLock()鎖和寫鎖是沖突的，但5個RLock()是兼容的。所以，只要某個時間點調(diào)度到了寫鎖的goroutine，剩下的讀鎖goroutine都會從那時開始阻塞3秒。

除此之外，還有一個不嚴格準確，但在時間持續(xù)長短的理論上來說能保證的一個規(guī)律：當修改數(shù)據(jù)結(jié)束后，各個剩下的goroutine都申請讀鎖，因為申請后立即print輸出，然后睡眠1秒，但1秒時間足夠所有剩下的goroutine申請完讀鎖，使得show with rwmutex輸出是連在一起，輸出的Go Pass: 123456又是連在一起的。

某次結(jié)果如下：

Using sync.RWMutex! 58 show with rwmutex 58 Change with rwmutex lock Go Pass: myPassword 59 show with rwmutex 2 show with rwmutex 2 show with rwmutex 2 show with rwmutex 2 Go Pass: 123456 3 Go Pass: 123456 3 Go Pass: 123456 3 Go Pass: 123456 3

如果show選中的函數(shù)是mutexShow()，則讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)互不沖突，但讀和讀是沖突的(因為Mutex的Lock()是互斥的)。

某次結(jié)果如下：

Using sync.Mutex! 30 Change with rwmutex lock show with mutex: 30 Go Pass: myPassword 31 show with mutex: 31 Go Pass: myPassword 32 show with mutex: 32 Go Pass: 123456 33 show with mutex: 33 show with mutex: 34 Go Pass: 123456 34 Go Pass: 123456 35

用Mutex還是用RWMutex

Mutex和RWMutex都不關(guān)聯(lián)goroutine，但RWMutex顯然更適用于讀多寫少的場景。僅針對讀的性能來說，RWMutex要高于Mutex，因為rwmutex的多個讀可以并存。

到此，關(guān)于“Go語言互斥鎖Mutex和讀寫鎖RWMutex的用法”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識，請繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬嵱玫奈恼拢?/p>