Golang 的同步锁与读写锁

同步锁

Go语言包中的sync包提供了两种锁类型:sync.Mutex和sync.RWMutex,前者是互斥锁,后者是读写锁。

互斥锁是传统的并发程序对共享资源进行访问控制的主要手段,在Go中,似乎更推崇由channel来实现资源共享和通信。它由标准库代码包sync中的Mutex结构体类型代表。只有两个公开方法:调用Lock()获得锁,调用unlock()释放锁。

  • 使用Lock()加锁后,不能再继续对其加锁(同一个goroutine中,即:同步调用),否则会panic。只有在unlock()之后才能再次Lock()。异步调用Lock(),是正当的锁竞争,当然不会有panic了。适用于读写不确定场景,即读写次数没有明显的区别,并且只允许只有一个读或者写的场景,所以该锁也叫做全局锁。

  • func (m *Mutex) Unlock()用于解锁m,如果在使用Unlock()前未加锁,就会引起一个运行错误。已经锁定的Mutex并不与特定的goroutine相关联,这样可以利用一个goroutine对其加锁,再利用其他goroutine对其解锁。

建议:同一个互斥锁的成对锁定和解锁操作放在同一层次的代码块中。\
使用锁的经典模式:

var lck sync.Mutex
func foo() {
    lck.Lock() 
    defer lck.Unlock()
    // ...
}

lck.Lock()会阻塞直到获取锁,然后利用defer语句在函数返回时自动释放锁。

下面代码通过3个goroutine来体现sync.Mutex 对资源的访问控制特征:

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)
func main() {
    wg := sync.WaitGroup{}
    var mutex sync.Mutex
    fmt.Println("Locking  (G0)")
    mutex.Lock()
    fmt.Println("locked (G0)")
    wg.Add(3)
    for i := 1; i < 4; i++ {
        go func(i int) {
            fmt.Printf("Locking (G%d)\n", i)
            mutex.Lock()
            fmt.Printf("locked (G%d)\n", i)
            time.Sleep(time.Second * 2)
            mutex.Unlock()
            fmt.Printf("unlocked (G%d)\n", i)
            wg.Done()
        }(i)
    }
    time.Sleep(time.Second * 5)
    fmt.Println("ready unlock (G0)")
    mutex.Unlock()
    fmt.Println("unlocked (G0)")
    wg.Wait()
}
程序输出:
Locking  (G0)
locked (G0)
Locking (G1)
Locking (G3)
Locking (G2)
ready unlock (G0)
unlocked (G0)
locked (G1)
unlocked (G1)
locked (G3)
locked (G2)
unlocked (G3)
unlocked (G2)

通过程序执行结果我们可以看到,当有锁释放时,才能进行lock动作,G0锁释放时,才有后续锁释放的可能,这里是G1抢到释放机会。

Mutex也可以作为struct的一部分,这样这个struct就会防止被多线程更改数据。

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)
type Book struct {
    BookName string
    L        *sync.Mutex
}
func (bk *Book) SetName(wg *sync.WaitGroup, name string) {
    defer func() {
        fmt.Println("Unlock set name:", name)
        bk.L.Unlock()
        wg.Done()
    }()
    bk.L.Lock()
    fmt.Println("Lock set name:", name)
    time.Sleep(1 * time.Second)
    bk.BookName = name
}
func main() {
    bk := Book{}
    bk.L = new(sync.Mutex)
    wg := &sync.WaitGroup{}
    books := []string{"《三国演义》", "《道德经》", "《西游记》"}
    for _, book := range books {
        wg.Add(1)
        go bk.SetName(wg, book)
    }
    wg.Wait()
}

程序输出:
Lock set name: 《西游记》
Unlock set name: 《西游记》
Lock set name: 《三国演义》
Unlock set name: 《三国演义》
Lock set name: 《道德经》
Unlock set name: 《道德经》

读写锁

读写锁是分别针对读操作和写操作进行锁定和解锁操作的互斥锁。在Go语言中,读写锁由结构体类型sync.RWMutex代表。

基本遵循原则:

写锁定情况下,对读写锁进行读锁定或者写锁定,都将阻塞;而且读锁与写锁之间是互斥的;

读锁定情况下,对读写锁进行写锁定,将阻塞;加读锁时不会阻塞;

对未被写锁定的读写锁进行写解锁,会引发Panic;

对未被读锁定的读写锁进行读解锁的时候也会引发Panic;

写解锁在进行的同时会试图唤醒所有因进行读锁定而被阻塞的goroutine;

读解锁在进行的时候则会试图唤醒一个因进行写锁定而被阻塞的goroutine。

与互斥锁类似,sync.RWMutex类型的零值就已经是立即可用的读写锁了。在此类型的方法集合中包含了两对方法,即:

RWMutex提供四个方法:

func (*RWMutex) Lock // 写锁定
func (*RWMutex) Unlock // 写解锁
func (*RWMutex) RLock // 读锁定
func (*RWMutex) RUnlock // 读解锁
package main
import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)
var m *sync.RWMutex
func main() {
    wg := sync.WaitGroup{}
    wg.Add(20)
    var rwMutex sync.RWMutex
    Data := 0
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go func(t int) {
            rwMutex.RLock()
            defer rwMutex.RUnlock()
            fmt.Printf("Read data: %v\n", Data)
            wg.Done()
            time.Sleep(2 * time.Second)
            // 这句代码第一次运行后,读解锁。
            // 循环到第二个时,读锁定后,这个goroutine就没有阻塞,同时读成功。
        }(i)
        go func(t int) {
            rwMutex.Lock()
            defer rwMutex.Unlock()
            Data += t
            fmt.Printf("Write Data: %v %d \n", Data, t)
            wg.Done() 
            // 这句代码让写锁的效果显示出来,写锁定下是需要解锁后才能写的。
            time.Sleep(2 * time.Second)        
        }(i)
    }
    time.Sleep(5 * time.Second)
    wg.Wait()
}
mushu
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