Go并发之RWMutex的源码解析详解

目录

• 使用场景
• 源码解析
• RWMutex结构体
• Lock()方法
• Unlock()方法
• RLock()方法
• RUnlock()方法

RWMutex是一个支持并行读串行写的读写锁。RWMutex具有写操作优先的特点，写操作发生时，仅允许正在执行的读操作执行，后续的读操作都会被阻塞。

使用场景

RWMutex常用于大量并发读，少量并发写的场景；比如微服务配置更新、交易路由缓存等场景。相对于Mutex互斥锁，RWMutex读写锁具有更好的读性能。

下面以 “多个协程并行读取str变量，一个协程每100毫秒定时更新str变量” 场景为例，进行RWMutex读写锁和Mutex互斥锁的性能对比。

// 基于RWMutex的实现
var rwLock sync.RWMutex
var str1 = "hello"

func readwithRWLock() string {
    rwLock.RLock()
    defer rwLock.RUnlock()
    return shttp://www.devze.comtr1
}

func writeWithRWLock() {
    rwLock.Lock()
    str1 = time.Now().Format("20060102150405")
    rwLock.Unlock()
}

// 多个协程并行读取string变量，同时每100ms对string变量进行1次更新
func BenchmarkRWMutex(b *testing.B) {
    ticker := time.NewTicker(100 * time.Millisecond)
    go func() {
        for range ticker.C {
            writeWithRWLock()
        }
    }()
    b.ResetTimer()
    b.RunParallel(func(pb *testing.PB) {
        for pb.Next() {
            readWithRWLock()
        }
    })
}
// 基于Mutex实现
var lock sync.Mutex
var str2 = "hello"

func readWithMutex() string {
    lock.Lock()
    defer lock.Unlock()
    return str2
}

func writeWithMutex() {
    lock.Lock()
    str2 = time.Now().Format("20060102150405")
    lock.Unlock()
}

// 多个协程并行读取string变量，同时每100ms对string变量进行1次更新
func BenchmarkMutex(b *testing.B编程) {
    ticker := time.Newhttp://www.devze.comTicker(100 * time.Millisecond)
    go func() {
        for range ticker.C {
            writeWithMutex()
        }
    }()
    b.ResetTimer()
    b.RunParallel(func(pb *testing.PB) {
        for pb.Next() {
            readWithMutex()
        }
    })
}

RWMutex读写锁和Mutex互斥锁的性能对比，结果如下：

# go test 结果

go test -bench . -benchtime=10s

BenchmarkRWMutex-8      227611413               49.5 ns/op

BenchmarkMutex-8        135363408               87.8 ns/op

PASS

ok      demo    37.800s

源码解析

RWMutex是一个写操作优先的读写锁，如下图所示：

• 写操作C发生时，读操作A和读操作B正在执行，因此写操作C被挂起；
• 当读操作D发生时，由于存在写操作C等待锁，所以读操作D被挂起；
• 读操作A和读操作B执行完成，由于没有读操作和写操作正在执行，写操作C被唤醒执行；
• 当读操作E发生时，由于写操作C正在执行，所以读操作E被挂起；
• 当写操作C执行完成后，读操作D和读操作E被唤醒；

RWMutex结构体

RWMutex由如下变量组成：

• rwmutexMaxReaders：表示RWMutex能接受的最大读协程数量，超过rwmutexMaxReaders后会发生panic；
• w：Mutex互斥锁，用于实现写操作之间的互斥
• writerSem：写操作操作信号量；当存在读操作时，写操作会被挂起；读操作全部完成后，通过writerSem信号量唤醒写操作；
• readerSem：读操作信号量；当存在写操作时，读操作会被挂起；写操作完成后，通过readerSem信号量唤醒读操作；
• readerCount：正在执行中的读操作数量；当不存在写操作时从0开始计数，为正数；当存在写操作时从负的rwmutexMaxReaders开始计数，为负数；
• readerWait：写操作等待读操作的数量；当执行Lock()方法时，如果当前存在读操作，会将读操作的数量记录在readerWait中，并挂起写操作；读操作执行完成后，会更新readerWait，当readerWait为0时，唤醒写操作；

const rwmutexMaxReaders = 1 << 30

type RWMutex struct {
    w           Mutex  // Mutex互斥锁，用于实现写操作之间的互斥

    writerSem   uint32 // 写操作信号量，用于读操作唤醒写操作
    readerSem   uint32 // 读操作信号量，用于写操作唤醒读操作

    readerCount int32  // 读操作的数量，不存在写操作时从0开始计数，存在写操作时从-rwmutexMaxReaders开始计数
    readerWait  int32  // 写操作等待读操作的数量
}

Lock()方法

Lock方法用于写操作获取锁，其操作如下：

• 获取w互斥锁，保证同一时刻只有一个写操作执行；
• 将readerCount更新为负数，使后续发生的读操作被阻塞；
• 如果当前存在活跃的读操作r != 0，写操作进入阻塞状态runtime_SeMACquirejavascriptMutex；

func (rw *RWMutex) Lock() {
    // 写操作之间通过w互斥锁实现互斥
    rw.w.Lock()
    // 1.将readerCount更新为负值，表示当前有写操作；当readerCount为负数时，新的读操作会被挂起
    // 2.r表示当前正在执行的读操作数量
    r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders) + rwmutexMaxReaders
    // r !=开发者_C开发 0表示当前存在正在执行的读操作；写操作需要等待所有读操作执行完，才能被执行；
    if r != 0 && atomic.AddInt32(&rw.readerWait, r) != 0 {
        // 将写操作挂起
        runtime_SemacquireMutex(&rw.writerSem, false, 0)
    }
}

Unlock()方法

Unlock方法用于写操作释放锁，其操作如下：

将readerCount更新为正数，表示当前不存在活跃的写操作；

如果更新后的readerCount大于0，表示当前写操作阻塞了readerCount个读操作，需要将所有被阻塞的读操作都唤醒；

将w互斥锁释放，允许其他写操作执行；

func (rw *RWMutex) Unlock() {
    // 将readerCount更新为正数，从0开始计数
    r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, rwmutexMaxReaders)
    if r >= rwmutexMaxReaders {
        throw("sync: Unlock of unlocked RWMutex")
    }
    // 唤醒所有等待写操作的读操作 
    for i := 0; i < int(r); i++ {
        runtime_Semrelease(&rw.readerSem, false, 0)
    }
    // 释放w互斥锁，允许其他写操作进入
    rw.w.Unlock()
}

RLock()方法

RLock方法用于读操作获取锁，其操作如下：

• 原子更新readerCount+1；
• 如果当前存在写操作atomic.AddInt32(&rw.readerCount, 1) < 0，读操作进入阻塞状态；

func (rw *RWMutex) RLock() {
    // 原子更新readerCount+1
    // 1. readerCount+1为负数时，表示当前存在写操作；读操作需要等待写操作执行完，才能被执行
    // 2. readerCount+1不为负数时，表示当前不存在写操作，读操作可以执行
    if atomic.AddInt32(&rw.readerCount, 1) < 0 {
        // 将读操作挂起
        runtime_SemacquireMutex(&rw.readerSem, false, 0)
    }
}

RUnlock()方法

RUnlock方法用于读操作释放锁，其操作如下：

原子更新readerCount-1；

如果当前读操作阻塞了写操作atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -1)<0，原子更新readerWait-1；

当readerWait为0时，表示阻塞写操作的所有读操作都执行完了，唤醒写操作；

func (rw *RWMutex) RUnlock() {
    // 原子更新readerCount-1
    // 当readerCount-1为负时，表示当前读操作阻塞了写操作，需要进行readerWait的更新
    if r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -1); r < 0 {
        rw.rUnlockSlow(r)
    }
}

func (rw *RWMutex) rUnlockSlow(r int32) {
    if r+1 == 0 || r+1 == -rwmutexMaxReaders {
        throw("sync: RUnlock of unlocked RWMutex")
    }
    // 原子操作readerWait-1编程客栈
    // 当readerWait-1为0时，表示导致写操作阻塞的所有读操作都执行完，将写操作唤醒
    if atomic.AddInt32(&rw.readerWait, -1) == 0 {
        // 唤醒读操作
        runtime_Semrelease(&rw.writerSem, false, 1)
    }
}

到此这篇关于Go并发之RWMutex的源码解析详解的文章就介绍到这了,更多相关Go RWMutex内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！