golang 中 sync.Mutex 和 sync.RWMutex

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介紹

golang 中的 sync 包實現了兩種鎖：

• Mutex：互斥鎖
• RWMutex：讀寫鎖，RWMutex 基於 Mutex 實現

Mutex（互斥鎖）

• Mutex 為互斥鎖，Lock() 加鎖，Unlock() 解鎖
• 在一個 goroutine 獲得 Mutex 後，其他 goroutine 只能等到這個 goroutine 釋放該 Mutex
• 使用 Lock() 加鎖後，不能再繼續對其加鎖，直到利用 Unlock() 解鎖後才能再加鎖
• 在 Lock() 之前使用 Unlock() 會導致 panic 異常
• 已經鎖定的 Mutex 並不與特定的 goroutine 相關聯，這樣可以利用一個 goroutine 對其加鎖，再利用其他 goroutine 對其解鎖
• 在同一個 goroutine 中的 Mutex 解鎖之前再次進行加鎖，會導致死結
• 適用於讀寫不確定，並且只有一個讀或者寫的情境

樣本

加鎖和解鎖樣本

package mainimport (    "time"    "fmt"    "sync")func main() {    var mutex sync.Mutex    fmt.Println("Lock the lock")    mutex.Lock()    fmt.Println("The lock is locked")    channels := make([]chan int, 4)    for i := 0; i < 4; i++ {        channels[i] = make(chan int)        go func(i int, c chan int) {            fmt.Println("Not lock: ", i)            mutex.Lock()            fmt.Println("Locked: ", i)            time.Sleep(time.Second)            fmt.Println("Unlock the lock: ", i)            mutex.Unlock()            c <- i        }(i, channels[i])    }    time.Sleep(time.Second)    fmt.Println("Unlock the lock")    mutex.Unlock()    time.Sleep(time.Second)    for _, c := range channels {        <-c    }}

程式輸出：

Lock the lockThe lock is lockedNot lock:  1Not lock:  2Not lock:  0Not lock:  3Unlock the lockLocked:  1Unlock the lock:  1Locked:  2Unlock the lock:  2Locked:  3Unlock the lock:  3Locked:  0Unlock the lock:  0

在解鎖之前加鎖會導致死結

package mainimport (    "fmt"    "sync")func main(){    var mutex sync.Mutex    mutex.Lock()    fmt.Println("Locked")    mutex.Lock()}

程式輸出：

Lockedfatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

RWMutex（讀寫鎖）

• RWMutex 是單寫多讀鎖，該鎖可以加多個讀鎖或者一個寫鎖
• 讀鎖佔用的情況下會阻止寫，不會阻止讀，多個 goroutine 可以同時擷取讀鎖
• 寫鎖會阻止其他 goroutine（無論讀和寫）進來，整個鎖由該 goroutine 獨佔
• 適用於讀多寫少的情境

Lock() 和 Unlock()

• Lock() 加寫鎖，Unlock() 解寫鎖
• 如果在加寫鎖之前已經有其他的讀鎖和寫鎖，則 Lock() 會阻塞直到該鎖可用，為確保該鎖可用，已經阻塞的 Lock() 調用會從獲得的鎖中排除新的讀取器，即寫鎖許可權高於讀鎖，有寫鎖時優先進行寫鎖定
• 在 Lock() 之前使用 Unlock() 會導致 panic 異常

RLock() 和 RUnlock()

• RLock() 加讀鎖，RUnlock() 解讀鎖
• RLock() 加讀鎖時，如果存在寫鎖，則無法加讀鎖；當只有讀鎖或者沒有鎖時，可以加讀鎖，讀鎖可以載入多個
• RUnlock() 解讀鎖，RUnlock() 撤銷單詞 RLock() 調用，對於其他同時存在的讀鎖則沒有效果
• 在沒有讀鎖的情況下調用 RUnlock() 會導致 panic 錯誤
• RUnlock() 的個數不得多餘 RLock()，否則會導致 panic 錯誤

樣本

Lock() 和 Unlock()

package mainimport (    "sync"    "fmt"    "time")func main() {    var mutex *sync.RWMutex    mutex = new(sync.RWMutex)    fmt.Println("Lock the lock")    mutex.Lock()    fmt.Println("The lock is locked")    channels := make([]chan int, 4)    for i := 0; i < 4; i++ {        channels[i] = make(chan int)        go func(i int, c chan int) {            fmt.Println("Not lock: ", i)            mutex.Lock()            fmt.Println("Locked: ", i)            fmt.Println("Unlock the lock: ", i)            mutex.Unlock()            c <- i        }(i, channels[i])    }    time.Sleep(time.Second)    fmt.Println("Unlock the lock")    mutex.Unlock()    time.Sleep(time.Second)    for _, c := range channels {        <-c    }}

程式輸出：

Lock the lockThe lock is lockedNot lock:  0Not lock:  1Not lock:  2Not lock:  3Unlock the lockLocked:  0Unlock the lock:  0Locked:  2Unlock the lock:  2Locked:  3Unlock the lock:  3Locked:  1Unlock the lock:  1

Lock() 和 RLock()

package mainimport (    "sync"    "fmt"    "time")func main() {    var mutex *sync.RWMutex    mutex = new(sync.RWMutex)    fmt.Println("Lock the lock")    mutex.Lock()    fmt.Println("The lock is locked")    channels := make([]chan int, 4)    for i := 0; i < 4; i++ {        channels[i] = make(chan int)        go func(i int, c chan int) {            fmt.Println("Not read lock: ", i)            mutex.RLock()            fmt.Println("Read Locked: ", i)            fmt.Println("Unlock the read lock: ", i)            time.Sleep(time.Second)            mutex.RUnlock()            c <- i        }(i, channels[i])    }    time.Sleep(time.Second)    fmt.Println("Unlock the lock")    mutex.Unlock()    time.Sleep(time.Second)    for _, c := range channels {        <-c    }}

程式輸出：

Lock the lockThe lock is lockedNot read lock:  2Not read lock:  3Not read lock:  1Not read lock:  0Unlock the lockRead Locked:  2Read Locked:  1Unlock the read lock:  2Unlock the read lock:  1Read Locked:  0Read Locked:  3Unlock the read lock:  0Unlock the read lock:  3

Unlock() 使用之前不存在 Lock()

package mainimport (    "sync")func main(){    var rwmutex *sync.RWMutex    rwmutex = new(sync.RWMutex)    rwmutex.Unlock()}

程式輸出：

panic: sync: Unlock of unlocked RWMutex

RWMutex 使用不當導致的死結

樣本1：

package mainimport (    "sync")func main(){    var rwmutex *sync.RWMutex    rwmutex = new(sync.RWMutex)    rwmutex.Lock()    rwmutex.Lock()}

程式輸出：

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

樣本2：

package mainimport (    "sync")func main(){    var rwmutex *sync.RWMutex    rwmutex = new(sync.RWMutex)    rwmutex.Lock()    rwmutex.RLock()}

程式輸出：

fatal error: all goroutines are asleep - deadlock!

RUnlock() 之前不存在 RLock()

package mainimport (    "sync")func main(){    var rwmutex *sync.RWMutex    rwmutex = new(sync.RWMutex)    rwmutex.RUnlock()}

程式輸出：

panic: sync: RUnlock of unlocked RWMutex

RUnlock() 個數多於 RLock()

package mainimport (    "sync")func main(){    var rwmutex *sync.RWMutex    rwmutex = new(sync.RWMutex)    rwmutex.RLock()    rwmutex.RLock()    rwmutex.RUnlock()    rwmutex.RUnlock()    rwmutex.RUnlock()}

程式輸出：

panic: sync: RUnlock of unlocked RWMutex