公平鎖和非公平鎖是計(jì)算機(jī)科學(xué)中的兩種鎖機(jī)制，它們主要用于多線程編程，以控制對(duì)共享資源的訪問(wèn)。

一、公平鎖 (Fair Lock)

1. 概念

公平鎖是一種按照請(qǐng)求順序授予鎖的機(jī)制，即先請(qǐng)求鎖的線程會(huì)先獲得鎖，后請(qǐng)求鎖的線程會(huì)后獲得鎖。這種鎖通過(guò)維護(hù)一個(gè)隊(duì)列來(lái)管理等待的線程，確保每個(gè)線程都能公平地獲取到鎖。

2. 優(yōu)點(diǎn)

• 避免饑餓：所有線程都有機(jī)會(huì)獲得鎖，不會(huì)出現(xiàn)某些線程長(zhǎng)期得不到鎖的情況。
• 可預(yù)測(cè)性：鎖的獲取是按順序進(jìn)行的，具有較好的可預(yù)測(cè)性。

3. 缺點(diǎn)

• 性能開(kāi)銷：由于需要維護(hù)一個(gè)隊(duì)列，公平鎖在管理上有一定的性能開(kāi)銷。
• 上下文切換增加：由于公平鎖可能需要頻繁地切換線程，導(dǎo)致上下文切換的次數(shù)增加，影響性能。

二、非公平鎖 (Unfair Lock)

1. 概念

非公平鎖是一種不按照請(qǐng)求順序授予鎖的機(jī)制，即任何線程都有可能在任何時(shí)候獲得鎖，而不考慮請(qǐng)求順序。這種鎖通常會(huì)優(yōu)先考慮當(dāng)前已經(jīng)持有鎖的線程，以提高系統(tǒng)的吞吐量。

2. 優(yōu)點(diǎn)

• 高性能：由于沒(méi)有隊(duì)列管理的開(kāi)銷，非公平鎖通常性能較高，特別是在高并發(fā)場(chǎng)景下。
• 減少上下文切換：非公平鎖可以減少線程之間的上下文切換，提升效率。

3. 缺點(diǎn)

• 可能導(dǎo)致饑餓：某些線程可能長(zhǎng)時(shí)間得不到鎖，導(dǎo)致線程饑餓。
• 不可預(yù)測(cè)性：鎖的獲取是隨機(jī)的，具有較低的可預(yù)測(cè)性。

三、Go語(yǔ)言中的實(shí)現(xiàn)

Go語(yǔ)言中的鎖主要通過(guò)sync包提供，常用的鎖有Mutex（互斥鎖）和RWMutex（讀寫(xiě)互斥鎖）。Go的sync.Mutex默認(rèn)實(shí)現(xiàn)的是一種非公平鎖，但也可以實(shí)現(xiàn)公平鎖。

1. 非公平鎖的實(shí)現(xiàn)

Go標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的sync.Mutex是非公平鎖的實(shí)現(xiàn)。它的主要結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式如下：

type Mutex struct {
    state int32
    sema  uint32
}

func (m *Mutex) Lock() {
    // 快速路徑：嘗試直接獲取鎖
    if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, 1) {
        return
    }
    // 慢速路徑：獲取不到鎖時(shí)，調(diào)用lockSlow方法
    m.lockSlow()
}

func (m *Mutex) Unlock() {
    // 快速路徑：嘗試直接釋放鎖
    if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 1, 0) {
        return
    }
    // 慢速路徑：釋放鎖時(shí)，調(diào)用unlockSlow方法
    m.unlockSlow()
}

2. 公平鎖的實(shí)現(xiàn)

Go標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)不直接提供公平鎖的實(shí)現(xiàn)，但我們可以通過(guò)其他方式實(shí)現(xiàn)公平鎖，比如通過(guò)條件變量（sync.Cond）來(lái)維護(hù)等待的隊(duì)列，從而實(shí)現(xiàn)公平鎖。

type FairMutex struct {
    mu       sync.Mutex
    cond     *sync.Cond
    waiting  []chan struct{}
}

func NewFairMutex() *FairMutex {
    fm := &FairMutex{}
    fm.cond = sync.NewCond(&fm.mu)
    return fm
}

func (fm *FairMutex) Lock() {
    fm.mu.Lock()
    defer fm.mu.Unlock()

    ch := make(chan struct{})
    fm.waiting = append(fm.waiting, ch)

    if len(fm.waiting) > 1 {
        <-ch
    }
}

func (fm *FairMutex) Unlock() {
    fm.mu.Lock()
    defer fm.mu.Unlock()

    if len(fm.waiting) > 0 {
        fm.waiting = fm.waiting[1:]
        if len(fm.waiting) > 0 {
            close(fm.waiting[0])
        }
    }
}

四、總結(jié)

• 公平鎖：按請(qǐng)求順序授予鎖，避免饑餓，維護(hù)隊(duì)列，開(kāi)銷較大。
• 非公平鎖：隨機(jī)授予鎖，高性能，可能導(dǎo)致饑餓。

在Go語(yǔ)言中，默認(rèn)提供的是非公平鎖。公平鎖可以通過(guò)自定義實(shí)現(xiàn)來(lái)滿足特定需求。

到此這篇關(guān)于GO中公平鎖和非公平鎖的具體使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)GO 公平鎖和非公平鎖內(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！

最新評(píng)論