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go RWMutex的實現(xiàn)示例

 更新時間:2022年03月14日 10:27:12   作者:機智的小小帥  
本文主要來介紹讀寫鎖的一種Go語言的實現(xiàn)方式RWMutex,文中通過示例代碼介紹的非常詳細,具有一定的參考價值,感興趣的小伙伴們可以參考一下

Overview

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

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

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

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

PS: rwmutex 的代碼挺短的,其實讀源碼也沒那么可怕...

RWMutex 的結構

RWMutex 總體上是通過: 普通鎖和條件變量來實現(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: 多個協(xié)程并發(fā)拿讀鎖,如何保證這些讀鎖協(xié)程都不會被阻塞?

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,僅僅會增加 readerCount,因此讀鎖之間是可以正常并發(fā)的

Q2: 多個協(xié)程并發(fā)拿寫鎖,如何保證只會有一個協(xié)程拿到寫鎖?

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)
	}
}

拿寫鎖時,會獲取 w.Lock,自然能保證同一時間只會有一把寫鎖

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

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)
	}
}

假設此時有 5 個協(xié)程拿到讀鎖,則 readerCount = 5,假設 rwmutexMaxReaders = 100。

此時有一個新的協(xié)程 w1 想要拿寫鎖。

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 記錄了在獲取寫鎖的這一瞬間有多少個協(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,也只會增加 readerCount ,而不會動到 readerWait。

之后執(zhí)行 runtime_SemacquireMutex() 睡在了 writerSem 這個信號量上面。

Q4: 在讀鎖被拿到的情況下,新協(xié)程拿寫鎖被阻塞,當舊有的讀鎖協(xié)程全部釋放,如何喚醒等待的寫鎖協(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)上一步的場景,每當執(zhí)行 RUnlock 時,readerCount 都會減去1。當 readerCount 為負數(shù)時,意味著有協(xié)程正在持有或者正在等待持有寫鎖。

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

當最后一個讀協(xié)程調(diào)用 RUnlock() 之后,readerCount 變成了 -100,readerWait 變成 0,此時會喚醒在 writerSem 上沉睡的協(xié)程 w1。

Q5: 在寫鎖被拿到的情況下,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)上面的場景,readerCount = -100 + 1 = -99 < 0。

新的讀協(xié)程 r1 被沉睡在 readerSem 下面。

假設此時再來一個讀協(xié)程 r2,則 readerCount = -98,依舊沉睡。

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

繼續(xù)上面的場景,此時協(xié)程 w1 釋放寫鎖

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,代表此時有兩個讀協(xié)程 r1 和 r2 在等待

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

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: 在寫鎖被拿到的情況下,有兩個協(xié)程分別去搶讀鎖和寫鎖,當寫鎖被釋放時,這兩個協(xié)程誰會勝利?

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!

認為寫的比較巧妙的兩個點

  • readerCount 與 rwmutexMaxReaders 的糾纏

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

  • readerCount 與 readerWait 的糾纏

    在 Lock() 時直接將 readerCount 的值賦給 readerWait,在 readerWait = 0 而非 readerCount = 0 是喚醒寫協(xié)程,可以避免在 Lock() 后來達到的讀協(xié)程先于寫協(xié)程被執(zhí)行。

 到此這篇關于go RWMutex的實現(xiàn)示例的文章就介紹到這了,更多相關go RWMutex內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家!

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