golang mutex互斥鎖分析

互斥鎖：沒有讀鎖寫鎖之分，同一時刻，只能有一個gorutine獲取一把鎖

數據結構設計：

type Mutex struct {
　　state int32 // 將一個32位整數拆分為 當前阻塞的goroutine數(30位)|喚醒狀態(1位)|鎖狀態(1位) 的形式，來簡化字段設計
　　sema uint32 // 信號量
}

const (
　　mutexLocked = 1 << iota // 0001 含義：用最后一位表示當前對象鎖的狀態，0-未鎖住 1-已鎖住
　　mutexWoken // 0010 含義：用倒數第二位表示當前對象是否被喚醒 0-喚醒 1-未喚醒
　　mutexWaiterShift = iota // 2 含義：從倒數第二位往前的bit位表示在排隊等待的goroutine數
)

關鍵函數設計：

lock函數：

//獲取鎖，如果鎖已經在使用，則會阻塞一直到鎖可用
func (m *Mutex) Lock() {
    // m.sate == 0時說明當前對象還沒有被鎖住過，進行原子操賦值作操作設置mutexLocked狀態，CompareAnSwapInt32返回true
    // m.sate != 1時剛好相反說明對象已被其他goroutine鎖住，不會進行原子賦值操作設置，CopareAndSwapInt32返回false
    if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) { 
        if race.Enabled {
            race.Acquire(unsafe.Pointer(m))
        }
        return
    }

    awoke := false
    iter := 0
    for {
        old := m.state // 保存對象當前鎖狀態
        new := old | mutexLocked // 保存對象即將被設置成的狀態
        if old&mutexLocked != 0 { // 判斷對象是否處於鎖定狀態
　　　　　　if runtime_canSpin(iter) { // 判斷當前goroutine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 = true
                }
                runtime_doSpin() // 進入自旋鎖后當前goroutine並不掛起，仍然在占用cpu資源，所以重試一定次數后，不會再進入自旋鎖邏輯
                iter++
                continue
          }
          // 更新阻塞goroutine的數量
          new = old + 1<<mutexWaiterShift //new = 2
        }
        if awoke {
            if new&mutexWoken == 0 {
                panic("sync: inconsistent mutex state")
            }
　　　　　　　// 設置喚醒狀態位0
            new &^= mutexWoken
        }
        if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
            if old&mutexLocked == 0 { // 如果對象原本不是鎖定狀態，對象已經獲取到了鎖
                break
            }
            // 如果對象原本就是鎖定狀態，掛起當前goroutine，進入休眠等待狀態
            runtime_Semacquire(&m.sema)
            awoke = true
            iter = 0
        }
    }

    if race.Enabled {
        race.Acquire(unsafe.Pointer(m))
    }
}

再來看看unlock函數，終於可以來點輕松的了

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

    // 改變鎖的狀態值
    new := atomic.AddInt32(&m.state, -mutexLocked)
    if (new+mutexLocked)&mutexLocked == 0 { // 如果原來鎖不是鎖定狀態，報錯
        panic("sync: unlock of unlocked mutex")
    }

    old := new
    for {
        // 1. 如果沒有阻塞的goroutine直接返回
        // 2. 如果已經被其他goroutine獲取到鎖了直接返回
        // 需要說明的是為什么是old&(mutexLocked|mutexWoken)而不是old&mutexLocked
        // 首先如果是old&mutexLocked的話，那鎖就沒法釋放了
        // 最主要的一點是lock時進入自旋鎖邏輯后，goroutine持有的對象狀態會設置為mutexLocked|mutexWoken
        // 這種情況讓再去解鎖后mutexWaiterShift數就會出現不一致情況
        if old>>mutexWaiterShift == 0 || old&(mutexLocked|mutexWoken) != 0 {
            return
        }
        // 更新阻塞的goroutine個數
        new = (old - 1<<mutexWaiterShift) | mutexWoken
        if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
            // 通知阻塞的goroutine
            runtime_Semrelease(&m.sema)
            return
        }
        old = m.state
    }
}

 

總結：

一、互斥效果實現方式

　　1. 當前goroutine進入自旋鎖邏輯等待中

　　2. 掛起當前goroutine等待其他goroutine解鎖通知，通過信號量實現

二、鎖數據結構設計十分精簡

     goroutine數(30位)|喚醒狀態(1位)|鎖狀態(1位)