锁的基础是什么

atomic 操作

func main() {
	c := int32(0)
	for i := 0; i < 1000; i ++ {
		go func(p *int32) {
			*p ++;
		}(&c)
	}
}

Pasted image 20230521162404.png 结果大概率不会到1000 使用atomic操作就可以稳定在1000

func main() {
	c := int32(0)
	for i := 0; i < 1000; i ++ {
		go func(p *int32) {
			// 汇编实现, 里面用到了LOCK指令(硬件锁)
			atomic.AddInt32(p, 1); 
		}(&c)
	}
}

原子操作是一种硬件层面加锁机制
保证操作一个变量的时候, 其它协程/线程无法访问
只能用于简单变量的简单操作

sema锁

信号量锁/信号锁
核心是一个uint32值, 含义是同时可并发的数量
每一个 sema锁都对应一个SemaRoot结构体
SemaRoot中有一个平衡二叉树用于协程排队

Pasted image 20230521164239.png

sema操作(uint32>0)

获取锁 uint32-1, 获取成功
释放锁 uint32+1, 释放成功

sema操作(`uint32==0`)

获取锁协程休眠进入堆树等待
释放锁从堆树中取出一个协程, 唤醒
sema锁退化成一个专门休眠的队列

总结

原子操作是一种硬件层面加锁的机制
数据类型和操作类型有限制
sema锁是runtimel的常用工具
sema经常被用作休眠队列

互斥锁

sync.Mutex的结构

Pasted image 20230521165513.png

正常模式

加锁

尝试CAS直接加锁
若无法直接获取, 进行多次自旋尝试
多次尝试失败, 进入sema队列休眠

Pasted image 20230521165721.png 未获得锁的多次自旋尝试获取锁, 多次自旋失败之后, 就会休眠自己, 然后记录到平衡二叉树下

Pasted image 20230521165827.png

Pasted image 20230521165934.png 再有协程来试图获取锁, 自旋多次失败后就会加入到等待树中

Pasted image 20230521170053.png 对state的locked字段设置是通过CAS操作完成的

解锁

尝试CAS直接解锁
若发现有协程在sema中休眠, 唤醒一个协程

总结

mutex正常模式下: 自旋加锁 + sema休眠等待
mutex正常模式下, 可能有锁饥饿的问题

锁饥饿

当前协程等待锁的时间超过了1ms, 切换到饥饿模式
饥饿模式中, 不自旋, 新来的协程直接sema休眠
饥饿模式中, 被唤醒的协程直接获取锁
没有协程在队列中继续等待时, 回到正常模式

总结

锁竞争严重时, 互斥锁进入饥饿模式
界模式没有自旋等待, 有利于公平

使用经验

减少锁的使用时间(细粒度锁)
善用defer确保锁的释放

Go中的锁(一) ｜ 青训营笔记