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go RWMutex的實(shí)現(xiàn)示例

 更新時(shí)間:2022年03月14日 10:27:12   作者:機(jī)智的小小帥  
本文主要來(lái)介紹讀寫(xiě)鎖的一種Go語(yǔ)言的實(shí)現(xiàn)方式RWMutex,文中通過(guò)示例代碼介紹的非常詳細(xì),具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下

Overview

go 里面的 rwlock 是 write preferred 的,可以避免寫(xiě)鎖饑餓。

讀鎖和寫(xiě)鎖按照先來(lái)后到的規(guī)則持有鎖,一旦有協(xié)程持有了寫(xiě)鎖,后面的協(xié)程只能在寫(xiě)鎖被釋放后才能得到讀鎖。

同樣,一旦有 >= 1 個(gè)協(xié)程寫(xiě)到了讀鎖,只有等這些讀鎖全部釋放后,后面的協(xié)程才能拿到寫(xiě)鎖。

下面了解一下 Go 的 RWMutex 是如何實(shí)現(xiàn)的吧,下面的代碼取自 go1.17.2/src/sync/rwmutex.go,并刪減了 race 相關(guān)的代碼。

PS: rwmutex 的代碼挺短的,其實(shí)讀源碼也沒(méi)那么可怕...

RWMutex 的結(jié)構(gòu)

RWMutex 總體上是通過(guò): 普通鎖和條件變量來(lái)實(shí)現(xiàn)的

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
	readerWait  int32  // number of departing readers
}

Lock

func (rw *RWMutex) Lock() {
	// First, resolve competition with other writers.
	rw.w.Lock()
	// Announce to readers there is a pending writer.
	r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders) + rwmutexMaxReaders
	// Wait for active readers.
	if r != 0 && atomic.AddInt32(&rw.readerWait, r) != 0 {
		runtime_SemacquireMutex(&rw.writerSem, false, 0)
	}
}

Unlock

const rwmutexMaxReaders = 1 << 30

func (rw *RWMutex) Unlock() {
	// Announce to readers there is no active writer.
	r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, rwmutexMaxReaders)
	// Unblock blocked readers, if any.
	for i := 0; i < int(r); i++ {
		runtime_Semrelease(&rw.readerSem, false, 0)
	}
	// Allow other writers to proceed.
	rw.w.Unlock()
}

RLock

func (rw *RWMutex) RLock() {
	if atomic.AddInt32(&rw.readerCount, 1) < 0 {
		// A writer is pending, wait for it.
		runtime_SemacquireMutex(&rw.readerSem, false, 0)
	}
}

RUnlock

func (rw *RWMutex) RUnlock() {
	if r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -1); r < 0 {
		// Outlined slow-path to allow the fast-path to be inlined
		rw.rUnlockSlow(r)
	}
}
func (rw *RWMutex) rUnlockSlow(r int32) {
	// A writer is pending.
	if atomic.AddInt32(&rw.readerWait, -1) == 0 {
		// The last reader unblocks the writer.
		runtime_Semrelease(&rw.writerSem, false, 1)
	}
}

Q1: 多個(gè)協(xié)程并發(fā)拿讀鎖,如何保證這些讀鎖協(xié)程都不會(huì)被阻塞?

func (rw *RWMutex) RLock() {
	if atomic.AddInt32(&rw.readerCount, 1) < 0 {
		// A writer is pending, wait for it.
		runtime_SemacquireMutex(&rw.readerSem, false, 0)
	}
}

拿讀鎖時(shí),僅僅會(huì)增加 readerCount,因此讀鎖之間是可以正常并發(fā)的

Q2: 多個(gè)協(xié)程并發(fā)拿寫(xiě)鎖,如何保證只會(huì)有一個(gè)協(xié)程拿到寫(xiě)鎖?

func (rw *RWMutex) Lock() {
	// First, resolve competition with other writers.
	rw.w.Lock()
	// Announce to readers there is a pending writer.
	r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders) + rwmutexMaxReaders
	// Wait for active readers.
	if r != 0 && atomic.AddInt32(&rw.readerWait, r) != 0 {
		runtime_SemacquireMutex(&rw.writerSem, false, 0)
	}
}

拿寫(xiě)鎖時(shí),會(huì)獲取 w.Lock,自然能保證同一時(shí)間只會(huì)有一把寫(xiě)鎖

Q3: 在讀鎖被拿到的情況下,新協(xié)程拿寫(xiě)鎖,如果保證寫(xiě)鎖現(xiàn)成會(huì)被阻塞?

func (rw *RWMutex) Lock() {
	// First, resolve competition with other writers.
	rw.w.Lock()
	// Announce to readers there is a pending writer.
	r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders) + rwmutexMaxReaders
	// Wait for active readers.
	if r != 0 && atomic.AddInt32(&rw.readerWait, r) != 0 {
		runtime_SemacquireMutex(&rw.writerSem, false, 0)
	}
}

假設(shè)此時(shí)有 5 個(gè)協(xié)程拿到讀鎖,則 readerCount = 5,假設(shè) rwmutexMaxReaders = 100。

此時(shí)有一個(gè)新的協(xié)程 w1 想要拿寫(xiě)鎖。

在執(zhí)行

r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders) + rwmutexMaxReaders

后, rw.readerCount = -95,r = 5。

在執(zhí)行

atomic.AddInt32(&rw.readerWait, r)

后,rw.readerWait = 5。

readerWait 記錄了在獲取寫(xiě)鎖的這一瞬間有多少個(gè)協(xié)程持有讀鎖。這一瞬間之后,就算有新的協(xié)程嘗試獲取讀鎖,也只會(huì)增加 readerCount ,而不會(huì)動(dòng)到 readerWait。

之后執(zhí)行 runtime_SemacquireMutex() 睡在了 writerSem 這個(gè)信號(hào)量上面。

Q4: 在讀鎖被拿到的情況下,新協(xié)程拿寫(xiě)鎖被阻塞,當(dāng)舊有的讀鎖協(xié)程全部釋放,如何喚醒等待的寫(xiě)鎖協(xié)程

func (rw *RWMutex) RUnlock() {
	if r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -1); r < 0 {
		// Outlined slow-path to allow the fast-path to be inlined
		rw.rUnlockSlow(r)
	}
}
func (rw *RWMutex) rUnlockSlow(r int32) {
	// A writer is pending.
	if atomic.AddInt32(&rw.readerWait, -1) == 0 {
		// The last reader unblocks the writer.
		runtime_Semrelease(&rw.writerSem, false, 1)
	}
}

繼續(xù)上一步的場(chǎng)景,每當(dāng)執(zhí)行 RUnlock 時(shí),readerCount 都會(huì)減去1。當(dāng) readerCount 為負(fù)數(shù)時(shí),意味著有協(xié)程正在持有或者正在等待持有寫(xiě)鎖。

之前的五個(gè)讀協(xié)程中的四個(gè),每次 RUnlock() 之后,readerCount = -95 - 4 = -99,readerWait = 5 - 4 = 1。

當(dāng)最后一個(gè)讀協(xié)程調(diào)用 RUnlock() 之后,readerCount 變成了 -100,readerWait 變成 0,此時(shí)會(huì)喚醒在 writerSem 上沉睡的協(xié)程 w1。

Q5: 在寫(xiě)鎖被拿到的情況下,新協(xié)程拿讀鎖,如何讓新協(xié)程被阻塞?

func (rw *RWMutex) RLock() {
	if atomic.AddInt32(&rw.readerCount, 1) < 0 {
		// A writer is pending, wait for it.
		runtime_SemacquireMutex(&rw.readerSem, false, 0)
	}
}

繼續(xù)上面的場(chǎng)景,readerCount = -100 + 1 = -99 < 0。

新的讀協(xié)程 r1 被沉睡在 readerSem 下面。

假設(shè)此時(shí)再來(lái)一個(gè)讀協(xié)程 r2,則 readerCount = -98,依舊沉睡。

Q6: 在寫(xiě)鎖被拿到的情況下,新協(xié)程拿讀鎖,寫(xiě)鎖協(xié)程釋放,如何喚醒等待的讀鎖協(xié)程?

繼續(xù)上面的場(chǎng)景,此時(shí)協(xié)程 w1 釋放寫(xiě)鎖

func (rw *RWMutex) Unlock() {
	// Announce to readers there is no active writer.
	r := atomic.AddInt32(&amp;rw.readerCount, rwmutexMaxReaders)
	// Unblock blocked readers, if any.
	for i := 0; i &lt; int(r); i++ {
		runtime_Semrelease(&amp;rw.readerSem, false, 0)
	}
	// Allow other writers to proceed.
	rw.w.Unlock()
}

在執(zhí)行

atomic.AddInt32(&amp;rw.readerCount, rwmutexMaxReaders)

后,r = readerCount = -98 + 100 = 2,代表此時(shí)有兩個(gè)讀協(xié)程 r1 和 r2 在等待

ps: 如果此時(shí)有一些新的協(xié)程想要拿讀鎖,他會(huì)因?yàn)?readerCount = 2 + 1 = 3 > 0 而順利執(zhí)行下去,不會(huì)被阻塞

之后 for 循環(huán)執(zhí)行兩次,將協(xié)程 r1 和 協(xié)程 r2 都喚醒了。

Q7: 在寫(xiě)鎖被拿到的情況下,有兩個(gè)協(xié)程分別去搶讀鎖和寫(xiě)鎖,當(dāng)寫(xiě)鎖被釋放時(shí),這兩個(gè)協(xié)程誰(shuí)會(huì)勝利?

func (rw *RWMutex) Unlock() {
	// Announce to readers there is no active writer.
	r := atomic.AddInt32(&amp;rw.readerCount, rwmutexMaxReaders)
	// Unblock blocked readers, if any.
	for i := 0; i &lt; int(r); i++ {
		runtime_Semrelease(&amp;rw.readerSem, false, 0)
	}
	// Allow other writers to proceed.
	rw.w.Unlock()
}

由于是先喚醒讀鎖,再調(diào)用 w.Unlock() ,因此肯定是讀協(xié)程先勝利!

認(rèn)為寫(xiě)的比較巧妙的兩個(gè)點(diǎn)

  • readerCount 與 rwmutexMaxReaders 的糾纏

    通過(guò) readerCount + rwmutexMaxReaders 以及 readerCount - rwmutexMaxReaders 這兩個(gè)操作可以得知當(dāng)前是否有協(xié)程等待/持有寫(xiě)鎖以及當(dāng)前等待/持有讀鎖的協(xié)程數(shù)量

  • readerCount 與 readerWait 的糾纏

    在 Lock() 時(shí)直接將 readerCount 的值賦給 readerWait,在 readerWait = 0 而非 readerCount = 0 是喚醒寫(xiě)協(xié)程,可以避免在 Lock() 后來(lái)達(dá)到的讀協(xié)程先于寫(xiě)協(xié)程被執(zhí)行。

 到此這篇關(guān)于go RWMutex的實(shí)現(xiàn)示例的文章就介紹到這了,更多相關(guān)go 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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