Go语言中的互斥锁和读写锁（Mutex和RWMutex）

目录

• 一、Mutex（互斥锁）
  • 不加锁示例
  • 加锁示例
• 二、RWMutex（读写锁）
  • 并发读示例
  • 并发读写示例
• 三、死锁场景
  • 1.Lock/Unlock不是成对出现
  • 2.锁被拷贝使用
  • 3.循环等待

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。

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

主要有以下规则 ：

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

1.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()

2.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。

3.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()
}