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詳解Golang互斥鎖內(nèi)部實現(xiàn)

更新時間：2017年06月30日 09:32:48 作者：諾唯

本篇文章主要介紹了詳解Golang互斥鎖內(nèi)部實現(xiàn)，小編覺得挺不錯的，現(xiàn)在分享給大家，也給大家做個參考。一起跟隨小編過來看看吧

go語言提供了一種開箱即用的共享資源的方式，互斥鎖(sync.Mutex), sync.Mutex的零值表示一個沒有被鎖的，可以直接使用的，一個goroutine獲得互斥鎖后其他的goroutine只能等到這個gorutine釋放該互斥鎖,在Mutex結(jié)構(gòu)中只公開了兩個函數(shù)，分別是Lock和Unlock，在使用互斥鎖的時候非常簡單，本文并不闡述使用。

在使用sync.Mutex的時候千萬不要做值拷貝，因為這樣可能會導(dǎo)致鎖失效。當(dāng)我們打開我們的IDE時候跳到我們的sync.Mutex 代碼中會發(fā)現(xiàn)它有如下的結(jié)構(gòu):

type Mutex struct {
 state int32   //互斥鎖上鎖狀態(tài)枚舉值如下所示
 sema uint32  //信號量，向處于Gwaitting的G發(fā)送信號
}

const (
 mutexLocked = 1 << iota // 1 互斥鎖是鎖定的
 mutexWoken       // 2 喚醒鎖
 mutexWaiterShift = iota // 2 統(tǒng)計阻塞在這個互斥鎖上的goroutine數(shù)目需要移位的數(shù)值
)

上面的state值分別為 0(可用) 1(被鎖) 2~31等待隊列計數(shù)

下面是互斥鎖的源碼，這里會有四個比較重要的方法需要提前解釋，分別是runtime_canSpin，runtime_doSpin，runtime_SemacquireMutex，runtime_Semrelease，

1、runtime_canSpin：比較保守的自旋，golang中自旋鎖并不會一直自旋下去，在runtime包中runtime_canSpin方法做了一些限制, 傳遞過來的iter大等于4或者cpu核數(shù)小等于1，最大邏輯處理器大于1，至少有個本地的P隊列，并且本地的P隊列可運行G隊列為空。

//go:linkname sync_runtime_canSpin sync.runtime_canSpin
func sync_runtime_canSpin(i int) bool {
 if i >= active_spin || ncpu <= 1 || gomaxprocs <= int32(sched.npidle+sched.nmspinning)+1 {
 return false
 }
 if p := getg().m.p.ptr(); !runqempty(p) {
 return false
 }
 return true
}

2、 runtime_doSpin：會調(diào)用procyield函數(shù)，該函數(shù)也是匯編語言實現(xiàn)。函數(shù)內(nèi)部循環(huán)調(diào)用PAUSE指令。PAUSE指令什么都不做，但是會消耗CPU時間，在執(zhí)行PAUSE指令時，CPU不會對它做不必要的優(yōu)化。

//go:linkname sync_runtime_doSpin sync.runtime_doSpin
func sync_runtime_doSpin() {
 procyield(active_spin_cnt)
}

3、runtime_SemacquireMutex:

//go:linkname sync_runtime_SemacquireMutex sync.runtime_SemacquireMutex
func sync_runtime_SemacquireMutex(addr *uint32) {
 semacquire(addr, semaBlockProfile|semaMutexProfile)
}

4、runtime_Semrelease:

//go:linkname sync_runtime_Semrelease sync.runtime_Semrelease
func sync_runtime_Semrelease(addr *uint32) {
 semrelease(addr)
}
Mutex的Lock函數(shù)定義如下

func (m *Mutex) Lock() {
    //先使用CAS嘗試獲取鎖
 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) {
        //這里是-race不需要管它
 if race.Enabled {
  race.Acquire(unsafe.Pointer(m))
 }
        //成功獲取返回
 return
 }

 awoke := false //循環(huán)標(biāo)記
 iter := 0    //循環(huán)計數(shù)器
 for {
 old := m.state //獲取當(dāng)前鎖狀態(tài)
 new := old | mutexLocked //將當(dāng)前狀態(tài)最后一位指定1
 if old&mutexLocked != 0 { //如果所以被占用
  if runtime_canSpin(iter) { //檢查是否可以進(jìn)入自旋鎖
  if !awoke && old&mutexWoken == 0 && old>>mutexWaiterShift != 0 &&
   atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, old|mutexWoken) { 
                    //awoke標(biāo)記為true
   awoke = true
  }
                //進(jìn)入自旋狀態(tài)
  runtime_doSpin()
  iter++
  continue
  }
            //沒有獲取到鎖，當(dāng)前G進(jìn)入Gwaitting狀態(tài)
  new = old + 1<<mutexWaiterShift
 }
 if awoke {
  if new&mutexWoken == 0 {
  throw("sync: inconsistent mutex state")
  }
            //清除標(biāo)記
  new &^= mutexWoken
 }
        //更新狀態(tài)
 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
  if old&mutexLocked == 0 {
  break
  }
             
            // 鎖請求失敗,進(jìn)入休眠狀態(tài),等待信號喚醒后重新開始循環(huán)
  runtime_SemacquireMutex(&m.sema)
  awoke = true
  iter = 0
 }
 }

 if race.Enabled {
 race.Acquire(unsafe.Pointer(m))
 }
}
Mutex的Unlock函數(shù)定義如下

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

 // 移除標(biāo)記
 new := atomic.AddInt32(&m.state, -mutexLocked)
 if (new+mutexLocked)&mutexLocked == 0 {
 throw("sync: unlock of unlocked mutex")
 }

 old := new
 for {
 //當(dāng)休眠隊列內(nèi)的等待計數(shù)為0或者自旋狀態(tài)計數(shù)器為0，退出
 if old>>mutexWaiterShift == 0 || old&(mutexLocked|mutexWoken) != 0 {
  return
 }
 // 減少等待次數(shù)，添加清除標(biāo)記
 new = (old - 1<<mutexWaiterShift) | mutexWoken
 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
            // 釋放鎖,發(fā)送釋放信號
  runtime_Semrelease(&m.sema)
  return
 }
 old = m.state
 }
}

互斥鎖無沖突是最簡單的情況了，有沖突時，首先進(jìn)行自旋，，因為大多數(shù)的Mutex保護(hù)的代碼段都很短，經(jīng)過短暫的自旋就可以獲得；如果自旋等待無果，就只好通過信號量來讓當(dāng)前Goroutine進(jìn)入Gwaitting狀態(tài)。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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