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golang RWMutex讀寫(xiě)鎖實(shí)現(xiàn)讀共享寫(xiě)?yīng)氄嫉墓δ苁纠?/h1>

更新時(shí)間：2023年09月27日 09:22:57 作者：lincoln_hlf1

在 Go 里除了互斥鎖外,還有讀寫(xiě)鎖 RWMutex,它主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)讀共享,寫(xiě)?yīng)氄嫉墓δ?今天我們也順便分析下讀寫(xiě)鎖,加深對(duì) Go 鎖的理解

引言

在上一篇文章 golang 重要知識(shí)：mutex 里我們介紹了互斥鎖 mutex 的相關(guān)原理實(shí)現(xiàn)。而且在 Go 里除了互斥鎖外，還有讀寫(xiě)鎖 RWMutex，它主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)讀共享，寫(xiě)?yīng)氄嫉墓δ堋＝裉煳覀円岔槺惴治鱿伦x寫(xiě)鎖，加深對(duì) Go 鎖的理解

讀寫(xiě)鎖的實(shí)現(xiàn)原理

所謂的讀寫(xiě)鎖，其實(shí)就是針對(duì)下面的兩種場(chǎng)景，對(duì) Goroutine 之間的同步互斥進(jìn)行控制：

多個(gè) goroutine 一起占有讀鎖，互不影響，可以繼續(xù)自己后面的邏輯代碼。
寫(xiě)鎖正在占有著，則后面的 goroutine 無(wú)論是要進(jìn)行讀鎖占有，還是寫(xiě)鎖占有，都將會(huì)被阻塞等待，直到當(dāng)前的寫(xiě)鎖釋放。

弄清楚上面的場(chǎng)景需求后，實(shí)現(xiàn)就簡(jiǎn)單多了，關(guān)鍵就在于判斷當(dāng)前是否處于寫(xiě)鎖狀態(tài)即可，畢竟需要有阻塞等待的動(dòng)作。

按照常規(guī)思路，我們一般會(huì)采用一個(gè)標(biāo)識(shí)位來(lái)維護(hù)這個(gè)狀態(tài)。然而，Go 官方卻連這一步都省了。

利用了一個(gè)本來(lái)就得維護(hù)的讀鎖數(shù)量，在進(jìn)行寫(xiě)鎖占有時(shí)，使它變?yōu)樨?fù)數(shù)。

后面有新進(jìn)來(lái)的讀寫(xiě)操作，只需要判斷該值是否正負(fù)即可，負(fù)數(shù)則代表當(dāng)前正在進(jìn)行寫(xiě)鎖占有，需要阻塞等待。

而在寫(xiě)鎖占有結(jié)束后，該值又會(huì)恢復(fù)為正數(shù)，又可以進(jìn)行新的讀寫(xiě)操作了。

RWMutex 源碼分析

接下來(lái)，我們到 src/runtime/rwmutex.go里具體分析下 RWMutex 的代碼結(jié)構(gòu)。

// rwmutex 是一個(gè)讀寫(xiě)互斥的鎖
// 將允許多個(gè) goroutine 持有讀鎖，但寫(xiě)鎖只會(huì)有一個(gè)持有
// rwmutex 使用了 sync.RWMutex 來(lái)輔助寫(xiě)鎖互斥
type rwmutex struct {
rLock      mutex    // 用于保護(hù)設(shè)置 readers, readerPass, writer
readers    muintptr // 休眠等待的 goroutine 讀鎖隊(duì)列，等到寫(xiě)鎖占有結(jié)束后將對(duì)應(yīng)被喚起。
readerPass uint32   // 讀鎖隊(duì)列需要跳過(guò)的 goroutine 數(shù)量，當(dāng)在寫(xiě)鎖結(jié)束后會(huì)喚起讀鎖隊(duì)列里的 goroutine，但有的可能已不在隊(duì)列里了，這部分需跳過(guò)。
wLock  mutex    // 用于 writer 之間的互斥鎖
writer muintptr // 等待讀完成的 writer
readerCount uint32 // 正在執(zhí)行讀操作的 goroutine數(shù)量
readerWait  uint32 // 等待讀鎖釋放的數(shù)量。當(dāng)寫(xiě)鎖占有后，前面還有部分讀鎖在繼續(xù)著，需要等它們釋放才能繼續(xù)進(jìn)行。
}

RWMutex 的 Lock() 分析

func (rw *rwmutex) Lock() {
    // 用于多個(gè)寫(xiě)鎖之間的的競(jìng)爭(zhēng)
    lock(&rw.wLock)
    m := getg().m
    // 將讀鎖數(shù)量 readerCount 置為負(fù)數(shù)，用于判斷當(dāng)前是否處于寫(xiě)鎖占有狀態(tài)，
    // rw.readerCount < 0 則表示當(dāng)前正在進(jìn)行寫(xiě)鎖占有.
    r := int32(atomic.Xadd(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders)) + rwmutexMaxReaders
    // 前面還有讀鎖在進(jìn)行著，需要等待釋放完才能繼續(xù)
    lock(&rw.rLock)
    if r != 0 && atomic.Xadd(&rw.readerWait, r) != 0 {
        systemstack(func() {
            rw.writer.set(m)
            unlock(&rw.rLock)
            notesleep(&m.park)
            noteclear(&m.park)
        })
    } else {
        unlock(&rw.rLock)
    }
}

RWMutex 的 RLock() 分析

func (rw *rwmutex) Rlock() {
    acquirem()
    if int32(atomic.Xadd(&rw.readerCount, 1)) < 0 {
        // 讀鎖數(shù)量 readerCount + 1 后小于 0，表示當(dāng)前正被寫(xiě)鎖占有，
        // 等待寫(xiě)鎖釋放
        systemstack(func() {
            lock(&rw.rLock)
            if rw.readerPass > 0 {
                rw.readerPass -= 1
                unlock(&rw.rLock)
            } else {
                // 等待寫(xiě)鎖喚起
                m := getg().m
                m.schedlink = rw.readers
                rw.readers.set(m)
                unlock(&rw.rLock)
                notesleep(&m.park)
                noteclear(&m.park)
            }
        })
    }
}

RWMutex 的 Unlock() 分析

func (rw *rwmutex) Unlock() {
    // 將原來(lái)被寫(xiě)鎖置為負(fù)數(shù)的 readerCount 重新恢復(fù)回來(lái).
    r := int32(atomic.Xadd(&rw.readerCount, rwmutexMaxReaders))
    if r >= rwmutexMaxReaders {
        throw("unlock of unlocked rwmutex")
    }
    // 喚起之前等待的讀鎖.
    lock(&rw.rLock)
    for rw.readers.ptr() != nil {
        reader := rw.readers.ptr()
        rw.readers = reader.schedlink
        reader.schedlink.set(nil)
        notewakeup(&reader.park)
        r -= 1
    }
    // 如果 r > 0, 說(shuō)明讀鎖隊(duì)列里有的 goroutine 已不在隊(duì)列里了，這部分需跳過(guò)
    rw.readerPass += uint32(r)
    unlock(&rw.rLock)
    // 解除寫(xiě)鎖
    unlock(&rw.wLock)
}

RWMutex 的 RUnlock() 分析

func (rw *rwmutex) RUnlock() {
    // 如果釋放后，readerCount < 0，表示當(dāng)前寫(xiě)鎖正在占有
    if r := int32(atomic.Xadd(&rw.readerCount, -1)); r < 0 {
        if r+1 == 0 || r+1 == -rwmutexMaxReaders {
            throw("runlock of unlocked rwmutex")
        }
        // readerWait == 0，表示前面的讀鎖都釋放完了，
        // 需要喚起寫(xiě)鎖
        if atomic.Xadd(&rw.readerWait, -1) == 0 {
            // The last reader unblocks the writer.
            lock(&rw.rLock)
            w := rw.writer.ptr()
            if w != nil {
                notewakeup(&w.park)
            }
            unlock(&rw.rLock)
        }
    }
    releasem(getg().m)
}