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:
typeMutexstruct{ stateint32//互斥锁上锁状态枚举值如下所示 semauint32//信号量,向处于Gwaitting的G发送信号 } const( mutexLocked=1<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:linknamesync_runtime_canSpinsync.runtime_canSpin funcsync_runtime_canSpin(iint)bool{ ifi>=active_spin||ncpu<=1||gomaxprocs<=int32(sched.npidle+sched.nmspinning)+1{ returnfalse } ifp:=getg().m.p.ptr();!runqempty(p){ returnfalse } returntrue }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:linknamesync_runtime_doSpinsync.runtime_doSpin funcsync_runtime_doSpin(){ procyield(active_spin_cnt) }3、runtime_SemacquireMutex:
//go:linknamesync_runtime_SemacquireMutexsync.runtime_SemacquireMutex funcsync_runtime_SemacquireMutex(addr*uint32){ semacquire(addr,semaBlockProfile|semaMutexProfile) }4、runtime_Semrelease:
//go:linknamesync_runtime_Semreleasesync.runtime_Semrelease funcsync_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 ifatomic.CompareAndSwapInt32(&m.state,0,mutexLocked){ //这里是-race不需要管它 ifrace.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 ifold&mutexLocked!=0{//如果所以被占用 ifruntime_canSpin(iter){//检查是否可以进入自旋锁 if!awoke&&old&mutexWoken==0&&old>>mutexWaiterShift!=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==0||old&(mutexLocked|mutexWoken)!=0{ return } //减少等待次数,添加清除标记 new=(old-1< 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。
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