初识Golang Mutex互斥锁的使用

目录

• 前言
• 为什么要使用互斥锁
• 如何使用互斥锁
• 使用方式一：直接声明使用
• 使用方式二：封装在其他结构体中
• 互斥锁的常见问题

前言

在学习操作系统的时候，我们应该都学习过临界区、互斥锁这些概念，用于在并发环境下保证状态的正确性。比如在秒杀时，100 个用户同时抢 10 个电脑，为了避免少卖或者超卖，就需要使用锁来进行并发控制。在 Go语言 里面互斥锁是 sync.Mutex ，我们本篇文章就来学习下为什么要使用互斥锁、如何使用互斥锁，以及使用时的常见问题。

为什么要使用互斥锁

我们来看一个示例：我们起了 10000 个协程将变量 num 加1，因此肯定会存在并发，如果我们不控制并发，10000 个协程都执行完后，该变量的值很大概率不等于 10000。

那么为什么会出现这个问题呢，原因是 num++ 不是原子操作，它会先读取变量 num 当前值，然后对这个值&nbspythonp;加1，再把结果保存到 num 中。例如 10 个 goroutine 同时运行到 num++ 这一行，可能同时读取 num=1000，都加1后再保存， num=1001，这就与想要的结果不符。

packagemain

import(
"fmt"
"sync"
)

funcmain(){
num:=0

varwgsync.WaitGroup
threadCount:=10000
wg.Add(threadCount)

fori:=0;i<threadCount;i++{
gofunc(){
deferwg.Done()
num++
}()
}

wgandroid.Wait()//等待10000个协程都执行完
fmt.Println(num)//9388(每次都可能不一样)

}

我们如果使用了互斥锁，可以保证每次进入临界区的只有一个 goroutine，一个 goroutine 执行完后，另一个 goroutine 才能进入临界区执行，最终就实现了并发控制。

并发获取锁示意图

packagemain

import(
"fmt"
"sync"
)

funcmain(){
num:=0
varmutexsync.Mutex//互斥锁

varwgsync.WaitGroup
threadCount:开发者_JS学习=10000
wg.Add(threadCount)
fori:=0;i<threadCount;i++{
gofunc(){
deferwg.Done()

mutex.Lock()//加锁
num++//临界区
mutex.Unlock()//解锁

}()
}

wg.Wait()
fmt.Println(num)//10000

}

如何使用互斥锁

Mutex 保持 Go 一贯的简洁风格，开箱即用，声明一个变量默认是没有加锁的，加锁使用 Lock() 方法，解锁使用 Unlock() 方法。

使用方式一：直接声明使用

这个在上例中已经体现了，直接看上面的例子就好

使用方式二：封装在其他结构体中

我们可以将 Mutex 封装在 struct 中，封装成线程安全的函数供外部调用。比如我们封装了一个线程安全的计数器，调用 Add() 就加一，调用Count() 返回计数器的值。

packagemain

import(
"fmt"
"sync"
)


typeCounterstruct{
numint
mutexsync.Mutex
}

//加一操作，涉及到临界区num，加锁解锁
func(counter*Counter)Add(){
counter.mutex.Lock()
defercounter.mutex.Unlock()
counter.num++
}

//返回数量，涉及到临界区num，加锁解锁
func(counter*Counter)Count()int{
counter.mutex.Lock()
defercounter.mutex.Unlock()
returncounter.num
}
javascript
funcmain(){
threadCount:=10000

varcounterCounter
varwgsync.WaitGroup

wg.Add(threadCount)
fori:=0;i<threadCount;i++{
gofunc(){
deferwg.Done()
counter.Add()
}()
}

wg.Wait()//等待所有goroutine都执行完
fmt.Println(counter.Count())//10000

}

在 Go 中，map 结构是不支持并发的，如果并发读写就会 panic

//运行会 panic，提示 fatal error:python concurrent map writes
funcmain(){
m:=make(map[string]string)
varwaitsync.WaitGroup
wait.Add(1000)

fori:=0;i<1000;i++{
item:=fmt.Sprintf("%d",i)
gofunc(){
wait.Done()
m[item]=item
}()
}
wait.Wait()
}

基于 Mutex ，我们可以实现一个线程安全的 map：

import(
"fmt"
"sync"
)

typeConcurrentMapstruct{
mutexsync.Mutex
itemsmap[string]interface{}
}

func(c*ConcurrentMap)Add(keystring,valueinterface{}){
c.mutex.Lock()
deferc.mutex.Unlock()
c.items[key]=value
}

func(c*ConcurrentMap)Remove(keystring){
c.mutex.Lock()
deferc.mutex.Unlock()
delete(c.items,key)
}
func(c*ConcurrentMap)Get(keystring)interface{}{
c.mutex.Lock()
deferc.mutex.Unlock()
returnc.items[key]
}

funcNewConcurrentMap()ConcurrentMap{
returnConcurrentMap{
items:make(map[string]interface{}),
}
}

funcmain(){
m:=NewConcurrentMap()
varwaitsync.WaitGroup
wait.Add(1000)

fori:=0;i<1000;i++{
item:=fmt.Sprintf("%d",i)
gofunc(){
wait.Done()
m.Add(item,item)
}()
}
wait.Wait()
fmt.Println(m.Get("100"))//100
}

当然，基于互斥锁 Mutex 实现的线程安全 map 并不是性能最好的，基于读写锁 sync.RWMutex 和 分片 可以实现性能更好的、线程安全的 map，开发中比较常用的并发安全 map 是 orcaman / concurrent-map（https://github.com/orcaman/concurrent-map）。

互斥锁的常见问题

从上面可以看出，Mutex 的使用过程方法比较简单，但还是有几点需要注意：

1.Mutex是可以在 goroutine A 中加锁，在 goroutine B 中解锁的，但是在实际使用中，尽量保证在同一个 goroutine 中加解锁。比如 goroutine A 申请到了锁，在处理临界区资源的时候，goroutine B 把锁释放了，但是 A 以为自己还持有锁，会继续处理临界区资源，就可能会出现问题。

2.Mutex的加锁解锁基本都是成对出现，为了解决忘记解锁，可以使用 defer 语句，在加锁后直接 defer mutex.Unlock()；但是如果处理完临界区资js源后还有很多耗时操作，为了尽早释放锁，不建议使用 defer，而是在处理完临界区资源后就调用 mutex.Unlock() 尽早释放锁。

//逻辑复杂，可能会忘记释放锁
funcmain(){
varmutexsync.Mutex
mutex.Lock()

if***{
if***{
//处理临界区资源
mutex.Unlock()
return
}
//处理临界区资源
mutex.Unlock()
return
}

//处理临界区资源
mutex.Unlock()
return
}


//避免逻辑复杂忘记释放锁，使用defer语句，成对出现
funcmain(){
varmutexsync.Mutex
mutex.Lock()
defermutex.Unlock()

if***{
if***{
//处理临界区资源
return
}
//处理临界区资源
return
}

//处理临界区资源
return
}

3.Mutex 不能复制使用

Mutex 是有状态的，比如我们对一个 Mutex 加锁后，再进行复制操作，会把当前的加锁状态也给复制过去，基于加锁的 Mutex 再加锁肯定不会成功。进行复制操作可能听起来是一个比较低级的错误，但是无意间可能就会犯这种错误。

packagemain

import(
"fmt"
"sync"
)

typeCounterstruct{
mutexsync.Mutex
numint
}

funcSomeFunc(cCounter){
c.mutex.Lock()
deferc.mutex.Unlock()
c.num--
}

funcmain(){
varcounterCounter
counter.mutex.Lock()
defercounter.mutex.Unlock()

counter.num++
//Go都是值传递，这里复制了counter，此时counter.mutex是加锁状态，在SomeFunc无法再次加锁，就会一直等待
SomeFunc(counter)

}

以上就是初识golang Mutex互斥锁的使用的详细内容，更多关于Golang Mutex互斥锁的资料请关注我们其它相关文章！