Go語言并發(fā)編程之互斥鎖Mutex和讀寫鎖RWMutex
在并發(fā)編程中，多個(gè)Goroutine訪問同一塊內(nèi)存資源時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)競(jìng)態(tài)條件，我們需要在臨界區(qū)中使用適當(dāng)?shù)耐讲僮鱽硪员苊飧?jìng)態(tài)條件。Go 語言中提供了很多同步工具，本文將介紹互斥鎖Mutex和讀寫鎖RWMutex的使用方法。
一、互斥鎖Mutex
1、Mutex介紹
Go 語言的同步工具主要由 sync 包提供，互斥鎖 (Mutex) 與讀寫鎖 (RWMutex) 就是sync 包中的方法。
互斥鎖可以用來保護(hù)一個(gè)臨界區(qū)，保證同一時(shí)刻只有一個(gè) goroutine 處于該臨界區(qū)內(nèi)。主要包括鎖定（Lock方法）和解鎖（Unlock方法）兩個(gè)操作，首先對(duì)進(jìn)入臨界區(qū)的goroutine進(jìn)行鎖定，離開時(shí)進(jìn)行解鎖。
使用互斥鎖 (Mutex)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：
- 不要重復(fù)鎖定互斥鎖，否則會(huì)阻塞，也可能會(huì)導(dǎo)致死鎖（
deadlock）； - 要對(duì)互斥鎖進(jìn)行解鎖，這也是為了避免重復(fù)鎖定；
- 不要對(duì)未鎖定或者已解鎖的互斥鎖解鎖；
- 不要在多個(gè)函數(shù)之間直接傳遞互斥鎖，
sync.Mutex類型屬于值類型，將它傳給一個(gè)函數(shù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)副本，在函數(shù)中對(duì)鎖的操作不會(huì)影響原鎖
總之，一個(gè)互斥鎖只用來保護(hù)一個(gè)臨界區(qū)，加鎖后記得解鎖，對(duì)于每一個(gè)鎖定操作，都要有且只有一個(gè)對(duì)應(yīng)的解鎖操作，也就是加鎖和解鎖要成對(duì)出現(xiàn)，最保險(xiǎn)的做法時(shí)使用 defer語句 解鎖。
2、Mutex使用實(shí)例
下面的代碼模擬取錢和存錢操作：
package main
import (
"flag"
"fmt"
"sync"
)
var (
mutex sync.Mutex
balance int
protecting uint // 是否加鎖
sign = make(chan struct{}, 10) //通道，用于等待所有g(shù)oroutine
)
// 存錢
func deposit(value int) {
defer func() {
sign <- struct{}{}
}()
if protecting == 1 {
mutex.Lock()
defer mutex.Unlock()
}
fmt.Printf("余額: %d\n", balance)
balance += value
fmt.Printf("存 %d 后的余額: %d\n", value, balance)
fmt.Println()
}
// 取錢
func withdraw(value int) {
defer func() {
sign <- struct{}{}
}()
if protecting == 1 {
mutex.Lock()
defer mutex.Unlock()
}
fmt.Printf("余額: %d\n", balance)
balance -= value
fmt.Printf("取 %d 后的余額: %d\n", value, balance)
fmt.Println()
}
func main() {
for i:=0; i < 5; i++ {
go withdraw(500) // 取500
go deposit(500) // 存500
}
for i := 0; i < 10; i++ {
<-sign
}
fmt.Printf("當(dāng)前余額: %d\n", balance)
}
func init() {
balance = 1000 // 初始賬戶余額為1000
flag.UintVar(&protecting, "protecting", 0, "是否加鎖，0表示不加鎖，1表示加鎖")
}
上面的代碼中，使用了通道來讓主 goroutine 等待其他 goroutine 運(yùn)行結(jié)束，每個(gè)子goroutine在運(yùn)行結(jié)束之前向通道發(fā)送一個(gè)元素，主 goroutine 在最后從這個(gè)通道接收元素，接收次數(shù)與子goroutine個(gè)數(shù)相同。接收完后就會(huì)退出主goroutine。
代碼使用協(xié)程實(shí)現(xiàn)多次（5次）對(duì)一個(gè)賬戶進(jìn)行存錢和取錢的操作，先來看不加鎖的情況：
余額: 1000 存 500 后的余額: 1500 余額: 1000 取 500 后的余額: 1000 余額: 1000 存 500 后的余額: 1500 余額: 1000 取 500 后的余額: 1000 余額: 1000 存 500 后的余額: 1500 余額: 1000 取 500 后的余額: 1000 余額: 1000 取 500 后的余額: 500 余額: 1000 存 500 后的余額: 1000 余額: 1000 取 500 后的余額: 500 余額: 1000 存 500 后的余額: 1000 當(dāng)前余額: 1000
可以看到出現(xiàn)了混亂，比如第二次1000的余額取500后還是1000，這種對(duì)同一資源的競(jìng)爭出現(xiàn)了競(jìng)態(tài)條件(Race Condition)。
下面來看加鎖的執(zhí)行結(jié)果：
余額: 1000 取 500 后的余額: 500 余額: 500 存 500 后的余額: 1000 余額: 1000 取 500 后的余額: 500 余額: 500 存 500 后的余額: 1000 余額: 1000 取 500 后的余額: 500 余額: 500 存 500 后的余額: 1000 余額: 1000 存 500 后的余額: 1500 余額: 1500 取 500 后的余額: 1000 余額: 1000 取 500 后的余額: 500 余額: 500 存 500 后的余額: 1000 當(dāng)前余額: 1000
加鎖后就正常了。
下面介紹更細(xì)化的互斥鎖：讀/寫互斥鎖RWMutex。
二、讀寫鎖RWMutex
1、RWMutex介紹
讀/寫互斥鎖RWMutex包含了讀鎖和寫鎖，分別對(duì)共享資源的“讀操作”和“寫操作”進(jìn)行保護(hù)。sync.RWMutex類型中的Lock方法和Unlock方法分別用于對(duì)寫鎖進(jìn)行鎖定和解鎖，而它的RLock方法和RUnlock方法則分別用于對(duì)讀鎖進(jìn)行鎖定和解鎖。
有了互斥鎖Mutex，為什么還需要讀寫鎖呢？因?yàn)樵诤芏嗖l(fā)操作中，并發(fā)讀取占比很大，寫操作相對(duì)較少，讀寫鎖可以并發(fā)讀取，這樣可以提供服務(wù)性能。讀寫鎖具有以下特征：
| 讀寫鎖 | 讀鎖 | 寫鎖 |
|---|---|---|
| 讀鎖 | Yes | No |
| 寫鎖 | No | No |
也就是說，
- 如果某個(gè)共享資源受到讀鎖和寫鎖保護(hù)時(shí)，其它
goroutine不能進(jìn)行寫操作。換句話說就是讀寫操作和寫寫操作不能并行執(zhí)行，也就是讀寫互斥； - 受讀鎖保護(hù)時(shí)，可以同時(shí)進(jìn)行多個(gè)讀操作。
在使用讀寫鎖時(shí)，還需要注意：
- 不要對(duì)未鎖定的讀寫鎖解鎖；
- 對(duì)讀鎖不能使用寫鎖解鎖
- 對(duì)寫鎖不能使用讀鎖解鎖
2、RWMutex使用實(shí)例
改寫前面的取錢和存錢操作，添加查詢余額的方法：
package main
import (
"fmt"
"sync"
)
// account 代表計(jì)數(shù)器。
type account struct {
num uint // 操作次數(shù)
balance int // 余額
rwMu *sync.RWMutex // 讀寫鎖
}
var sign = make(chan struct{}, 15) //通道，用于等待所有g(shù)oroutine
// 查看余額：使用讀鎖
func (c *account) check() {
defer func() {
sign <- struct{}{}
}()
c.rwMu.RLock()
defer c.rwMu.RUnlock()
fmt.Printf("%d 次操作后的余額: %d\n", c.num, c.balance)
}
// 存錢：寫鎖
func (c *account) deposit(value int) {
defer func() {
sign <- struct{}{}
}()
c.rwMu.Lock()
defer c.rwMu.Unlock()
fmt.Printf("余額: %d\n", c.balance)
c.num += 1
c.balance += value
fmt.Printf("存 %d 后的余額: %d\n", value, c.balance)
fmt.Println()
}
// 取錢：寫鎖
func (c *account) withdraw(value int) {
defer func() {
sign <- struct{}{}
}()
c.rwMu.Lock()
defer c.rwMu.Unlock()
fmt.Printf("余額: %d\n", c.balance)
c.num += 1
c.balance -= value
fmt.Printf("取 %d 后的余額: %d\n", value, c.balance)
fmt.Println()
}
func main() {
c := account{0, 1000, new(sync.RWMutex)}
for i:=0; i < 5; i++ {
go c.withdraw(500) // 取500
go c.deposit(500) // 存500
go c.check()
}
for i := 0; i < 15; i++ {
<-sign
}
fmt.Printf("%d 次操作后的余額: %d\n", c.num, c.balance)
}
執(zhí)行結(jié)果：
余額: 1000 取 500 后的余額: 500 1 次操作后的余額: 500 1 次操作后的余額: 500 1 次操作后的余額: 500 1 次操作后的余額: 500 1 次操作后的余額: 500 余額: 500 存 500 后的余額: 1000 余額: 1000 取 500 后的余額: 500 余額: 500 存 500 后的余額: 1000 余額: 1000 存 500 后的余額: 1500 余額: 1500 取 500 后的余額: 1000 余額: 1000 取 500 后的余額: 500 余額: 500 存 500 后的余額: 1000 余額: 1000 取 500 后的余額: 500 余額: 500 存 500 后的余額: 1000 10 次操作后的余額: 1000
讀寫鎖和互斥鎖的不同之處在于讀寫鎖把對(duì)共享資源的讀操作和寫操作分開了，可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的訪問控制。
總結(jié)：
讀寫鎖也是一種互斥鎖，它是互斥鎖的擴(kuò)展。在使用時(shí)需要注意：
- 加鎖后一定要解鎖
- 不要重復(fù)加鎖或者解鎖
- 不解鎖未鎖定的鎖
- 不要傳遞互斥鎖
到此這篇關(guān)于Go語言并發(fā)編程之互斥鎖Mutex和讀寫鎖RWMutex的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Go語言 Mutex RWMutex內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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