详解Golang互斥锁内部实现
go语言提供了一种开箱即用的共享资源的方式，互斥锁(sync.Mutex), sync.Mutex的零值表示一个没有被锁的，可以直接使用的，一个goroutine获得互斥锁后其他的goroutine只能等到这个gorutine释放该互斥锁,在Mutex结构中只公开了两个函数，分别是Lock和Unlock，在使用互斥锁的时候非常简单，本文并不阐述使用。
在使用sync.Mutex的时候千万不要做值拷贝，因为这样可能会导致锁失效。当我们打开我们的IDE时候跳到我们的sync.Mutex 代码中会发现它有如下的结构:
type Mutex struct {
state int32 //互斥锁上锁状态枚举值如下所示
sema uint32 //信号量，向处于Gwaitting的G发送信号
}
const (
mutexLocked = 1 << iota // 1 互斥锁是锁定的
mutexWoken // 2 唤醒锁
mutexWaiterShift = iota // 2 统计阻塞在这个互斥锁上的goroutine数目需要移位的数值
)
上面的state值分别为 0(可用) 1(被锁) 2~31等待队列计数
下面是互斥锁的源码，这里会有四个比较重要的方法需要提前解释，分别是runtime_canSpin，runtime_doSpin，runtime_SemacquireMutex，runtime_Semrelease，
1、runtime_canSpin：比较保守的自旋，golang中自旋锁并不会一直自旋下去，在runtime包中runtime_canSpin方法做了一些限制, 传递过来的iter大等于4或者cpu核数小等于1，最大逻辑处理器大于1，至少有个本地的P队列，并且本地的P队列可运行G队列为空。
//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：会调用procyield函数，该函数也是汇编语言实现。函数内部循环调用PAUSE指令。PAUSE指令什么都不做，但是会消耗CPU时间，在执行PAUSE指令时，CPU不会对它做不必要的优化。
//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函数定义如下
func (m *Mutex) Lock() {
//先使用CAS尝试获取锁
if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) {
//这里是-race不需要管它
if race.Enabled {
race.Acquire(unsafe.Pointer(m))
}
//成功获取返回
return
}
awoke := false //循环标记
iter := 0 //循环计数器
for {
old := m.state //获取当前锁状态
new := old | mutexLocked //将当前状态最后一位指定1
if old&mutexLocked != 0 { //如果所以被占用
if runtime_canSpin(iter) { //检查是否可以进入自旋锁
if !awoke && old&mutexWoken == 0 && oldmutexWaiterShift != 0 &&
atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, old|mutexWoken) {
//awoke标记为true
awoke = true
}
//进入自旋状态
runtime_doSpin()
iter++
continue
}
//没有获取到锁，当前G进入Gwaitting状态
new = old + 1<<mutexWaiterShift
}
if awoke {
if new&mutexWoken == 0 {
throw("sync: inconsistent mutex state")
}
//清除标记
new &^= mutexWoken
}
//更新状态
if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
if old&mutexLocked == 0 {
break
}
// 锁请求失败,进入休眠状态,等待信号唤醒后重新开始循环
runtime_SemacquireMutex(&m.sema)
awoke = true
iter = 0
}
}
if race.Enabled {
race.Acquire(unsafe.Pointer(m))
}
}
Mutex的Unlock函数定义如下
func (m *Mutex) Unlock() {
if race.Enabled {
_ = m.state
race.Release(unsafe.Pointer(m))
}
// 移除标记
new := atomic.AddInt32(&m.state, -mutexLocked)
if (new+mutexLocked)&mutexLocked == 0 {
throw("sync: unlock of unlocked mutex")
}
old := new
for {
//当休眠队列内的等待计数为0或者自旋状态计数器为0，退出
if oldmutexWaiterShift == 0 || old&(mutexLocked|mutexWoken) != 0 {
return
}
// 减少等待次数，添加清除标记
new = (old - 1<<mutexWaiterShift) | mutexWoken
if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
// 释放锁,发送释放信号
runtime_Semrelease(&m.sema)
return
}
old = m.state
}
}
互斥锁无冲突是最简单的情况了，有冲突时，首先进行自旋，，因为大多数的Mutex保护的代码段都很短，经过短暂的自旋就可以获得；如果自旋等待无果，就只好通过信号量来让当前Goroutine进入Gwaitting状态。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。
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