详解Golang互斥锁内部实现

go语言提供了一种开箱即用的共享资源的方式，互斥锁(sync.Mutex), sync.Mutex的零值表示一个没有被锁的，可以直接使用的，一个goroutine获得互斥锁后其他的goroutine只能等到这个gorutine释放该互斥锁,在Mutex结构中只公开了两个函数，分别是Lock和Unlock，在使用互斥锁的时候非常简单，本文并不阐述使用。

在使用sync.Mutex的时候千万不要做值拷贝，因为这样可能会导致锁失效。当我们打开我们的IDE时候跳到我们的sync.Mutex 代码中会发现它有如下的结构:

type Mutex struct { state int32 //互斥锁上锁状态枚举值如下所示 sema uint32 //信号量，向处于Gwaitting的G发送信号 } const ( mutexLocked = 1 << iota // 1 互斥锁是锁定的 mutexWoken // 2 唤醒锁 mutexWaiterShift = iota // 2 统计阻塞在这个互斥锁上的goroutine数目需要移位的数值 )

上面的state值分别为 0(可用) 1(被锁) 2~31等待队列计数

下面是互斥锁的源码，这里会有四个比较重要的方法需要提前解释，分别是runtime_canSpin，runtime_doSpin，runtime_SemacquireMutex，runtime_Semrelease，

1、runtime_canSpin：比较保守的自旋，golang中自旋锁并不会一直自旋下去，在runtime包中runtime_canSpin方法做了一些限制, 传递过来的iter大等于4或者cpu核数小等于1，最大逻辑处理器大于1，至少有个本地的P队列，并且本地的P队列可运行G队列为空。

//go:linkname sync_runtime_canSpin sync.runtime_canSpin func sync_runtime_canSpin(i int) bool { if i >= active_spin ncpu <= 1 gomaxprocs <= int32(sched.npidle+sched.nmspinning)+1 { return false } if p := getg().m.p.ptr(); !runqempty(p) { return false } return true }

2、 runtime_doSpin：会调用procyield函数，该函数也是汇编语言实现。函数内部循环调用PAUSE指令。PAUSE指令什么都不做，但是会消耗CPU时间，在执行PAUSE指令时，CPU不会对它做不必要的优化。

//go:linkname sync_runtime_doSpin sync.runtime_doSpin func sync_runtime_doSpin() { procyield(active_spin_cnt) }

3、runtime_SemacquireMutex:

//go:linkname sync_runtime_SemacquireMutex sync.runtime_SemacquireMutex func sync_runtime_SemacquireMutex(addr *uint32) { semacquire(addr, semaBlockProfilesemaMutexProfile) }

4、runtime_Semrelease:

//go:linkname sync_runtime_Semrelease sync.runtime_Semrelease func sync_runtime_Semrelease(addr *uint32) { semrelease(addr) } Mutex的Lock函数定义如下 func (m *Mutex) Lock() { //先使用CAS尝试获取锁areAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) { //这里是-race不需要管它 if race.Enabled { race.Acquire(unsafe.Pointer(m)) } //成功获取返回 return } awoke := false //循环标记 iter := 0 //循环计数器 for { old := m.state //获取当前锁状态 new := old mutexLocked //将当前状态最后一位指定1 if old&mutexLocked != 0 { //如果所以被占用 if runtime_canSpin(iter) { //检查是否可以进入自旋锁pareAndSwapInt32(&m.state, old, oldmutexWoken) { //awoke标记为true awoke = true } //进入自旋状态 runtime_doSpin() iter++ continue } //没有获取到锁，当前G进入Gwaitting状态 new = old + 1<<mutexWaiterShift } if awoke { if new&mutexWoken == 0 { throw(sync: inconsistent mutex state) } //清除标记 new &^= mutexWoken } //更新状态 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) { if old&mutexLocked == 0 { break } // 锁请求失败,进入休眠状态,等待信号唤醒后重新开始循环 runtime_SemacquireMutex(&m.sema) awoke = true iter = 0 } } if race.Enabled { race.Acquire(unsafe.Pointer(m)) } } Mutex的Unlock函数定义如下 func (m *Mutex) Unlock() { if race.Enabled { _ = m.state race.Release(unsafe.Pointer(m)) } // 移除标记 new := atomic.AddInt32(&m.state, -mutexLocked) if (new+mutexLocked)&mutexLocked == 0 { throw(sync: unlock of unlocked mutex) } old := new for { //当休眠队列内的等待计数为0或者自旋状态计数器为0，退出 if old>>mutexWaiterShift == 0 old&(mutexLockedmutexWoken) != 0 { return } // 减少等待次数，添加清除标记 new = (old - 1<<mutexWaiterShift) mutexWoken if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) { // 释放锁,发送释放信号 runtime_Semrelease(&m.sema) return } old = m.state } }

互斥锁无冲突是最简单的情况了，有冲突时，首先进行自旋，，因为大多数的Mutex保护的代码段都很短，经过短暂的自旋就可以获得；如果自旋等待无果，就只好通过信号量来让当前Goroutine进入Gwaitting状态。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持脚本之家。