golang基于Mutex實(shí)現(xiàn)可重入鎖
golang基于Mutex實(shí)現(xiàn)可重入鎖
為什么需要可重入鎖
我們平時說的分布式鎖，一般指的是在不同服務(wù)器上的多個線程中，只有一個線程能搶到一個鎖，從而執(zhí)行一個任務(wù)。而我們使用鎖就是保證一個任務(wù)只能由一個線程來完成。所以我們一般是使用這樣的三段式邏輯：
Lock(); DoJob(); Unlock();
但是由于我們的系統(tǒng)都是分布式的，這個鎖一般不會只放在某個進(jìn)程中，我們會借用第三方存儲，比如 Redis 來做這種分布式鎖。但是一旦借助了第三方存儲，我們就必須面對這個問題：Unlock是否能保證一定運(yùn)行呢？
這個問題，我們面對的除了程序的bug之外，還有網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定，進(jìn)程被殺死，服務(wù)器被down機(jī)等。我們是無法保證Unlock一定被運(yùn)行的。
那么我們就一般在Lock的時候?yàn)檫@個鎖加一個超時時間作為兜底。
LockByExpire(duration); DoJob(); Unlock();
這個超時時間是為了一旦出現(xiàn)異常情況導(dǎo)致Unlock沒有被運(yùn)行，這個鎖在duration時間內(nèi)也會被自動釋放。這個在redis中我們一般就是使用set ex 來進(jìn)行鎖超時的設(shè)定。
但是有這個超時時間我們又遇上了問題，超時時間設(shè)置多久合適呢？當(dāng)然要設(shè)置的比 DoJob 消耗的時間更長，否則的話，在任務(wù)還沒結(jié)束的時候，鎖就被釋放了，還是有可能導(dǎo)致并發(fā)任務(wù)的存在。
但是實(shí)際上，同樣由于網(wǎng)絡(luò)超時問題，系統(tǒng)運(yùn)行狀況問題等，我們是無法準(zhǔn)確知道DoJob這個函數(shù)要執(zhí)行多久的。那么這時候怎么辦呢？
有兩個辦法：
第一個方法，我們可以對DoJob做一個超時設(shè)置。讓DoJob最多只能執(zhí)行n秒，那么我的分布式鎖的超時時長設(shè)置比n秒長就可以了。為一個任務(wù)設(shè)置超時時間在很多語言是可以做到的。比如golang 中的 TimeoutContext。
而第二種方法，就是我們先為鎖設(shè)置一個比較小的超時時長，然后不斷續(xù)期這個鎖。對一個鎖的不斷需求，也可以理解為重新開始加鎖，這種可以不斷續(xù)期的鎖，就叫做可重入鎖。
除了主線程之外，可重入鎖必然有一個另外的線程（或者攜程）可以對這個鎖進(jìn)行續(xù)期，我們叫這個額外的程序叫做watchDog（看門狗）。
鎖重入的定義
鎖可重入也就是當(dāng)前已經(jīng)獲取到鎖的goroutine繼續(xù)調(diào)用Lock方法獲取鎖，Go標(biāo)準(zhǔn)庫中提供了sync.Mutex實(shí)現(xiàn)了排他鎖，但并不是可重入的，如果在代碼中重入鎖，也就是Lock之后再次進(jìn)行Lock獲取鎖，則會被阻塞到第二次Lock上，鎖沒有辦法得到釋放從而影響其它goroutine執(zhí)行
// 例如
package main;
import "sync"
func ReentryExample() {
var c int64
var mu sync.Mutex
mu.Lock() // 第一次加鎖
// TODO //
mu.Lock() // 第二次加鎖,阻塞
c++;
// TODO ...
}
重入鎖的簡單實(shí)現(xiàn)思路
- 拿到能夠識別到當(dāng)前協(xié)程的id，(通過堆棧信息獲取到goroutine的id)
- 寫一個結(jié)構(gòu)體，實(shí)現(xiàn)Locker接口
首先獲取到goroutine的id
func GoID() int {
var buf [32]byte
n := runtime.Stack(buf[:],false) // 獲取堆棧的信息
// string(buf[:n]
/**
goroutine 6 [running]:
main.XXX
*/
// 拿到goroutine的id
goIdStr := strings.Fields(strings.TrimPrefix(string(buf[:n]), "goroutine"))[0]
goId, err := strconv.Atoi(fieldId)// 轉(zhuǎn)換為int
return goId
}
然后開始編寫可重入鎖的結(jié)構(gòu)體
// ReentrantMutex 可重入的互斥鎖
type ReentrantMutex struct {
sync.Mutex // 互斥鎖
goId int64 // 用于保存goroutine的id
recursion int64 // 鎖重入的次數(shù)
}
// Lock 實(shí)現(xiàn)Locker接口,用于加鎖
func (r *ReentrantMutex) Lock() {
gid := GoID()
if atomic.LoadInt64(&r.goId) == gid { // 看看是否已經(jīng)加過鎖了?
atomic.AddInt64(&r.recursion, 1) // 如果之前加過鎖,則重入的次數(shù)+1
return
}
r.Mutex.Lock() // 使用互斥鎖上鎖
atomic.StoreInt64(&r.goId, gid) // 使用原子操作保存goroutine的id
atomic.StoreInt64(&r.recursion, 1) // 第一次加鎖,因此重入的次數(shù)為一
}
// Unlock 實(shí)現(xiàn)了Locker的接口,用于解鎖
func (r *ReentrantMutex) Unlock() {
gid := GoID()
if atomic.LoadInt64(&r.goId) != gid { // 看是否加過鎖
panic("未加鎖") // 沒有加過鎖，不存在解鎖，直接panic
}
recursion := atomic.AddInt64(&r.recursion, -1) // 重入次數(shù)-1
if recursion != 0 { // 如果重入次數(shù)沒有等于0(意味著還有鎖沒有釋放)
return
}
atomic.StoreInt64(&r.goId, -1) // 重入次數(shù)為0，則不存在鎖沒有釋放，解鎖
r.Mutex.Unlock() // 互斥鎖解鎖
}
測試用例
package main;
func main() {
var m ReentrantMutex
m.Lock()
m.Lock() // 不會阻塞
fmt.Println("1") // 正常打印1
m.Unlock()
m.Unlock()// 解鎖
}
其他方法實(shí)現(xiàn)Golang可重入鎖：
具體實(shí)現(xiàn)
在Golang中，語言級別天生支持協(xié)程，所以這種可重入鎖就非常容易實(shí)現(xiàn)：
// DistributeLockRedis 基于redis的分布式可重入鎖，自動續(xù)租
type DistributeLockRedis struct {
key string // 鎖的key
expire int64 // 鎖超時時間
status bool // 上鎖成功標(biāo)識
cancelFun context.CancelFunc // 用于取消自動續(xù)租攜程
redis redis.Client // redis句柄
}
// 創(chuàng)建可
func NewDistributeLockRedis(key string, expire int64) *DistributeLockRedis {
return &DistributeLockRedis{
key : key,
expire : expire,
}
}
// TryLock 上鎖
func (dl *DistributeLockRedis) TryLock() (err error) {
if err = dl.lock(); err != nil {
return err
}
ctx, cancelFun := context.WithCancel(context.Background())
dl.cancelFun = cancelFun
dl.startWatchDog(ctx) // 創(chuàng)建守護(hù)協(xié)程，自動對鎖進(jìn)行續(xù)期
dl.status = true
return nil
}
// competition 競爭鎖
func (dl *DistributeLockRedis) lock() error {
if res, err := redis.String(dl.redis.Do(context.Background(), "SET", dl.key, 1, "NX", "EX", dl.expire)); err != nil {
return err
}
return nil
}
// guard 創(chuàng)建守護(hù)協(xié)程，自動續(xù)期
func (dl *DistributeLockRedis) startWatchDog(ctx context.Context) {
safeGo(func() error {
for {
select {
// Unlock通知結(jié)束
case <-ctx.Done():
return nil
default:
// 否則只要開始了，就自動重入（續(xù)租鎖）
if dl.status {
if res, err := redis.Int(dl.redis.Do(context.Background(), "EXPIRE", dl.key, dl.expire)); err != nil {
return nil
}
// 續(xù)租時間為 expire/2 秒
time.Sleep(time.Duration(dl.expire/2) * time.Second)
}
}
}
})
}
// Unlock 釋放鎖
func (dl *DistributeLockRedis) Unlock() (err error) {
// 這個重入鎖必須取消，放在第一個地方執(zhí)行
if dl.cancelFun != nil {
dl.cancelFun() // 釋放成功，取消重入鎖
}
var res int
if dl.status {
if res, err = redis.Int(dl.redis.Do(context.Background(), "Del", dl.key)); err != nil {
return fmt.Errorf("釋放鎖失敗")
}
if res == 1 {
dl.status = false
return nil
}
}
return fmt.Errorf("釋放鎖失敗")
}這段代碼的邏輯基本上都以注釋的形式來寫了。其中主要就在startWatchDog，對鎖進(jìn)行重新續(xù)期
ctx, cancelFun := context.WithCancel(context.Background()) dl.cancelFun = cancelFun dl.startWatchDog(ctx) // 創(chuàng)建守護(hù)協(xié)程，自動對鎖進(jìn)行續(xù)期 dl.status = true
首先創(chuàng)建一個cancelContext，它的context函數(shù)cancelFunc是給Unlock進(jìn)行調(diào)用的。然后啟動一個goroutine進(jìn)程來循環(huán)續(xù)期。
這個新啟動的goroutine在主goroutine處理結(jié)束，調(diào)用Unlock的時候，才會結(jié)束，否則會在 過期時間/2 的時候，調(diào)用一次redis的expire命令來進(jìn)行續(xù)期。
至于外部，在使用的時候如下
func Foo() error {
key := foo
// 創(chuàng)建可重入的分布式鎖
dl := NewDistributeLockRedis(key, 10)
// 爭搶鎖
err := dl.TryLock()
if err != nil {
// 沒有搶到鎖
return err
}
// 搶到鎖的記得釋放鎖
defer func() {
dl.Unlock()
}
// 做真正的任務(wù)
DoJob()
}到此這篇關(guān)于golang基于Mutex實(shí)現(xiàn)可重入鎖的文章就介紹到這了,更多相關(guān)golang Mutex可重入鎖內(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(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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