Go语言中锁如何实现

今天小编给大家分享一下Go语言中锁如何实现的相关知识点，内容详细，逻辑清晰，相信大部分人都还太了解这方面的知识，所以分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后有所收获，下面我们一起来了解一下吧。

Lock

// Lock locks m.// If the lock is already in use, the calling goroutine// blocks until the mutex is available.func (m *Mutex) Lock() {  // Fast path: grab unlocked mutex.  // 上锁,成功返回  if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) {    if race.Enabled {      race.Acquire(unsafe.Pointer(m))    }    return  }  // Slow path (outlined so that the fast path can be inlined)  //已经锁上的写成进入慢锁流程  m.lockSlow()}

lockSlow

func (m *Mutex) lockSlow() {  var waitStartTime int64 //执行时间  starving := false //当前请求是否是饥饿模式  awoke := false //当前请求是否是唤醒状态  iter := 0 //自旋次数  old := m.state //旧state值  for {    // Don't spin in starvation mode, ownership is handed off to waiters    // so we won't be able to acquire the mutex anyway.    //旧state值已上锁,并且未进入饥饿模式,且可以自旋,进入自旋逻辑    if old&(mutexLocked|mutexStarving) == mutexLocked && runtime_canSpin(iter) {      // Active spinning makes sense.       // Try to set mutexWoken flag to inform Unlock      // to not wake other blocked goroutines.      // 当前协程未唤醒       //&& old.state 为未唤起状态,就是说没有其他被唤起的waiter      //&& waiter数>0       //&& m.state标记为唤起状态成功      if !awoke && old&mutexWoken == 0 && old>>mutexWaiterShift != 0 &&        atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, old|mutexWoken) {        //标记当前协程为唤起状态        //r: 这是为了通知在解锁Unlock()中不要再唤醒其他的waiter了        awoke = true      }      //自旋      runtime_doSpin()      //自旋计数器      iter++      old = m.state      continue    }    //r: old是锁当前的状态，new是期望的状态，以期于在后面的CAS操作中更改锁的状态    //new代表期望的state值    new := old    // Don't try to acquire starving mutex, new arriving goroutines must queue.    //old不是饥饿状态,new带上上锁标志位,也就是饥饿状态不上锁    if old&mutexStarving == 0 {      new |= mutexLocked    }    //旧state值是上锁状态或饥饿状态,新state waiter数+1    //r: 表示当前goroutine将被作为waiter置于等待队列队尾    if old&(mutexLocked|mutexStarving) != 0 {      new += 1 << mutexWaiterShift    }    // The current goroutine switches mutex to starvation mode.    // But if the mutex is currently unlocked, don't do the switch.    // Unlock expects that starving mutex has waiters, which will not    // be true in this case.    //当前协程为饥饿状态&&旧state已上锁,新state加饥饿标志位    if starving && old&mutexLocked != 0 {      new |= mutexStarving    }    //r:? 当awoke为true，则表明当前goroutine在自旋逻辑中，成功修改锁的Woken状态位为1    if awoke {      // The goroutine has been woken from sleep,      // so we need to reset the flag in either case.      if new&mutexWoken == 0 {        throw("sync: inconsistent mutex state")      }      //新state关闭唤醒标志位      //r: 因为在后续的逻辑中，当前goroutine要么是拿到锁了，要么是被挂起。      // 如果是挂起状态，那就需要等待其他释放锁的goroutine来唤醒。      // 假如其他goroutine在unlock的时候发现Woken的位置不是0，则就不会去唤醒，那该goroutine就无法再醒来加锁。(见unlock逻辑)      new &^= mutexWoken    }    //r: 尝试将锁的状态更新为期望状态    if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {      //旧state不是锁或饥饿状态,上锁成功,返回      if old&(mutexLocked|mutexStarving) == 0 {        break // locked the mutex with CAS      }      // If we were already waiting before, queue at the front of the queue.      //r: 如果走到这里，那就证明当前goroutine没有获取到锁      // 这里判断waitStartTime != 0就证明当前goroutine之前已经等待过了，则需要将其放置在等待队列队头      //进入队列是否排在最前      queueLifo := waitStartTime != 0      if waitStartTime == 0 {        waitStartTime = runtime_nanotime()      }      //阻塞      runtime_SemacquireMutex(&m.sema, queueLifo, 1)      //r: 被信号量唤醒之后检查当前goroutine是否应该表示为饥饿      // （这里表示为饥饿之后，会在下一轮循环中尝试将锁的状态更改为饥饿模式）      // 1. 如果当前goroutine已经饥饿（在上一次循环中更改了starving为true）      // 2. 如果当前goroutine已经等待了1ms以上            //被信号量唤醒后当前协程是否进入饥饿状态      //1. 之前是饥饿状态      //2. 运行时间超过1ms      starving = starving || runtime_nanotime()-waitStartTime > starvationThresholdNs      // 再次获取锁状态      old = m.state      if old&mutexStarving != 0 {        // If this goroutine was woken and mutex is in starvation mode,        // ownership was handed off to us but mutex is in somewhat        // inconsistent state: mutexLocked is not set and we are still        // accounted as waiter. Fix that.        //饥饿模式协程是在Unlock()时handoff到当前协程的                //r:? 如果当前锁既不是被获取也不是被唤醒状态，或者等待队列为空        // 这代表锁状态产生了不一致的问题        if old&(mutexLocked|mutexWoken) != 0 || old>>mutexWaiterShift == 0 {          throw("sync: inconsistent mutex state")        }        //m.state 上锁,waiter数-1        delta := int32(mutexLocked - 1<<mutexWaiterShift)        //当前协程不是饥饿状态或旧state的waiter数=1,则m.state饥饿标志位置0        if !starving || old>>mutexWaiterShift == 1 {          // Exit starvation mode.          // Critical to do it here and consider wait time.          // Starvation mode is so inefficient, that two goroutines          // can go lock-step infinitely once they switch mutex          // to starvation mode.          delta -= mutexStarving        }        atomic.AddInt32(&m.state, delta)        //拿到锁,退出.        break      }      awoke = true      iter = 0    } else {      //执行循环前的语句,恢复最新现场      old = m.state    }  }  if race.Enabled {    race.Acquire(unsafe.Pointer(m))  }}

Unlock

// Unlock unlocks m.// It is a run-time error if m is not locked on entry to Unlock.//// A locked Mutex is not associated with a particular goroutine.// It is allowed for one goroutine to lock a Mutex and then// arrange for another goroutine to unlock it.func (m *Mutex) Unlock() {  if race.Enabled {    _ = m.state    race.Release(unsafe.Pointer(m))  }  // Fast path: drop lock bit.  //m.state取消锁状态,返回值new代表修改后的新值  //如果为0代表没有其他锁了,退出;否则进入unlockSlow()  //锁空闲有两种情况:  //1. 所有位为0,代表没有锁了  //2. 标志位为0, waiter数量>0,还有协程在等待解锁  new := atomic.AddInt32(&m.state, -mutexLocked)  if new != 0 {    // Outlined slow path to allow inlining the fast path.    // To hide unlockSlow during tracing we skip one extra frame when tracing GoUnblock.    m.unlockSlow(new)  }}

UnlockSlow

func (m *Mutex) unlockSlow(new int32) {  if (new+mutexLocked)&mutexLocked == 0 {    throw("sync: unlock of unlocked mutex")  }  if new&mutexStarving == 0 {    old := new    for {      // If there are no waiters or a goroutine has already      // been woken or grabbed the lock, no need to wake anyone.      // In starvation mode ownership is directly handed off from unlocking      // goroutine to the next waiter. We are not part of this chain,      // since we did not observe mutexStarving when we unlocked the mutex above.      // So get off the way.      //解锁,结束,退出      //1. 没有waiter了      //2. 已上锁      //3. 锁处于唤醒状态,表示有协程被唤醒      //4. 饥饿模式, 所有权交给了被解锁饥饿模式的waiter      if old>>mutexWaiterShift == 0 || old&(mutexLocked|mutexWoken|mutexStarving) != 0 {        return      }      // Grab the right to wake someone.      // 如果能走到这，那就是上面的if判断没通过      // 说明当前锁是空闲状态，但是等待队列中有waiter，且没有goroutine被唤醒      // 所以，这里我们想要把锁的状态设置为被唤醒，等待队列waiter数-1      new = (old - 1<<mutexWaiterShift) | mutexWoken      if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {        //通过信号量唤醒某一个waiter,退出        runtime_Semrelease(&m.sema, false, 1)        return      }      //失败的话,更新old信息,进入下个循环      old = m.state    }  } else {    // Starving mode: handoff mutex ownership to the next waiter, and yield    // our time slice so that the next waiter can start to run immediately.    // Note: mutexLocked is not set, the waiter will set it after wakeup.    // But mutex is still considered locked if mutexStarving is set,    // so new coming goroutines won't acquire it.    //饥饿模式,唤醒等待队列队头waiter    runtime_Semrelease(&m.sema, true, 1)  }}

其他关键函数

runtime_canSpin

是否可自旋,不展开

runtime_doSpin

核心是汇编实现,循环执行三十次PAUSE指令

runtime_SemacquireMutex

信号量上锁

sem来自单词semaphore 信号量

runtime_Semrelease

信号量释放

func runtime_Semrelease(s *uint32, handoff bool, skipframes int)

If handoff is true, pass count directly to the first waiter.

handoff 就是传球的意思，handoff 为 false 时，仅仅唤醒等待队列中第一个协程，但是不会立马调度该协程；当 handoff 为 true 时，会立马调度被唤醒的协程，此外，当 handoff = true 时，被唤醒的协程会继承当前协程的时间片。具体例子，假设每个 goroutine 的时间片为 2ms，gorounte A 已经执行了 1ms，假设它通过 runtime_Semrelease(handoff = true) 唤醒了 goroutine B，则 goroutine B 剩余的时间片为 2 - 1 = 1ms。

golang 中 sync.Mutex 的实现

semrelease1(addr, handoff, skipframes) 参数handoff若为true，则让被唤醒的g立刻继承当前g的时间片继续执行。若handoff为false，则把刚被唤醒的g放到当前p的runq中。

Golang sync.Mutex 源码分析

RWMutex

很简单,看源码就行

[Go并发] - RWMutex源码解析

type RWMutex struct {  w           Mutex  // held if there are pending writers  writerSem   uint32 // semaphore for writers to wait for completing readers  readerSem   uint32 // semaphore for readers to wait for completing writers  readerCount int32  // number of pending readers 当前读锁数量  readerWait  int32  // number of departing readers 要离开的读锁数量,暨等待写锁解锁,解锁后可以释放的读锁数量}

Lock()

// Lock locks rw for writing.// If the lock is already locked for reading or writing,// Lock blocks until the lock is available.func (rw *RWMutex) Lock() {  if race.Enabled {    _ = rw.w.state    race.Disable()  }  // First, resolve competition with other writers.    rw.w.Lock() //通过sync.Lock()限制多写锁进入下边的逻辑  // Announce to readers there is a pending writer.  //r值不变, rwmutexMaxReaders值为1<<30  //可以理解为只要读锁的数量小于1<<30位,rw.readerCount值<0表示有写锁.  //也可以理解为加上一个负数,将31位以上都标记为1,代表有写锁, 剩余30位记录读锁数量  r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders) + rwmutexMaxReaders  // Wait for active readers.  //r!=0 有读锁,不能释放写锁  //将readerCount转移到readerWait,readerWait的新值!=0 (以上可以翻译为有读锁,将读锁数转移到读等待数,然后写锁阻塞,)  // 满足上面两个条件,写锁阻塞, 等待唤醒,不返回  if r != 0 && atomic.AddInt32(&rw.readerWait, r) != 0 {    runtime_SemacquireMutex(&rw.writerSem, false, 0)  }  if race.Enabled {    race.Enable()    race.Acquire(unsafe.Pointer(&rw.readerSem))    race.Acquire(unsafe.Pointer(&rw.writerSem))  }}

UnLock()

// Unlock unlocks rw for writing. It is a run-time error if rw is// not locked for writing on entry to Unlock.//// As with Mutexes, a locked RWMutex is not associated with a particular// goroutine. One goroutine may RLock (Lock) a RWMutex and then// arrange for another goroutine to RUnlock (Unlock) it.func (rw *RWMutex) Unlock() {  if race.Enabled {    _ = rw.w.state    race.Release(unsafe.Pointer(&rw.readerSem))    race.Disable()  }  // Announce to readers there is no active writer.\  //将Lock()方法减去的值加回来,变成正数  r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, rwmutexMaxReaders)  if r >= rwmutexMaxReaders {    race.Enable()    throw("sync: Unlock of unlocked RWMutex")  }  // Unblock blocked readers, if any.  //唤醒在RLock()方法阻塞的读操作,数量为r  for i := 0; i < int(r); i++ {    runtime_Semrelease(&rw.readerSem, false, 0)  }  // Allow other writers to proceed.  rw.w.Unlock()  if race.Enabled {    race.Enable()  }}

RLock()

// RLock locks rw for reading.//// It should not be used for recursive read locking; a blocked Lock// call excludes new readers from acquiring the lock. See the// documentation on the RWMutex type.func (rw *RWMutex) RLock() {  if race.Enabled {    _ = rw.w.state    race.Disable()  }  //<0表示已上写锁,阻塞  if atomic.AddInt32(&rw.readerCount, 1) < 0 {    // A writer is pending, wait for it.    runtime_SemacquireMutex(&rw.readerSem, false, 0)  }  if race.Enabled {    race.Enable()    race.Acquire(unsafe.Pointer(&rw.readerSem))  }}

UnRLock()

// RUnlock undoes a single RLock call;// it does not affect other simultaneous readers.// It is a run-time error if rw is not locked for reading// on entry to RUnlock.func (rw *RWMutex) RUnlock() {  if race.Enabled {    _ = rw.w.state    race.ReleaseMerge(unsafe.Pointer(&rw.writerSem))    race.Disable()  }   //<0表示已上写锁,慢解锁  if r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -1); r < 0 {    // Outlined slow-path to allow the fast-path to be inlined    rw.rUnlockSlow(r)  }  if race.Enabled {    race.Enable()  }}// RUnlock undoes a single RLock call;// it does not affect other simultaneous readers.// It is a run-time error if rw is not locked for reading// on entry to RUnlock.func (rw *RWMutex) rUnlockSlow(r int32) {  if r+1 == 0 || r+1 == -rwmutexMaxReaders {    race.Enable()    throw("sync: RUnlock of unlocked RWMutex")  }  // A writer is pending.  //最后一个读等待,唤醒写锁  if atomic.AddInt32(&rw.readerWait, -1) == 0 {    // The last reader unblocks the writer.    runtime_Semrelease(&rw.writerSem, false, 1)  }}

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