Mutex

// A Mutex is a mutual exclusion lock.
// The zero value for a Mutex is an unlocked mutex.
//
// A Mutex must not be copied after first use.
//
// In the terminology of [the Go memory model],
// the n'th call to [Mutex.Unlock] “synchronizes before” the m'th call to [Mutex.Lock]
// for any n < m.
// A successful call to [Mutex.TryLock] is equivalent to a call to Lock.
// A failed call to TryLock does not establish any “synchronizes before”
// relation at all.
//
// [the Go memory model]: <https://go.dev/ref/mem>
type Mutex struct {
	state int32
	sema  uint32
}

sync.Mutex 是 Go 标准库中提供的一种用于互斥锁的结构体，主要用于在并发程序中确保只有一个 goroutine 在同一时间访问共享资源，从而避免数据竞争（data race）。

以下是对 sync.Mutex 的详细讲解：

1. 互斥锁（Mutex）的作用

Mutex 是一种互斥锁，其主要作用是用来保护共享资源的访问，确保在任意时刻只有一个 goroutine 能够访问某个关键代码区段，其他 goroutine 必须等待锁被释放后才能进入。

例如，当多个 goroutine 同时修改一个共享变量时，可能会导致数据不一致。使用互斥锁可以确保只有一个 goroutine 能修改该变量，其他 goroutine 会被阻塞，直到锁被释放。

2. 零值锁

sync.Mutex 的零值是一个未上锁的互斥锁，也就是说，直接声明一个 Mutex 变量（例如 var mu sync.Mutex）后，可以立即使用而无需初始化。Go 提供的很多类型都具有这样的“零值可用”特性。

var mu sync.Mutex

3. 主要方法

mu.Lock()：用于锁定互斥锁。如果锁已经被其他 goroutine 锁定，当前 goroutine 会被阻塞，直到获取到锁为止。
mu.Unlock()：用于解锁互斥锁。如果有其他 goroutine 因等待锁而被阻塞，当锁被解锁时，其中一个 goroutine 会获得锁并继续执行。
mu.TryLock()（Go 1.18 引入）：尝试锁定互斥锁，如果锁已经被占用，TryLock 会立即返回 false，而不会阻塞等待。如果锁成功获得，返回 true。

4. Mutex 的内部实现

sync.Mutex 的内部定义如下：

type Mutex struct {
	state int32  // 表示当前锁的状态（是否被锁定）
	sema  uint32 // 用于协作 goroutine 之间的调度
}

state：这个字段表示锁的当前状态。通常是一个整数，用来标识锁是处于锁定状态还是未锁定状态。
sema：这是一个用于实现 goroutine 调度的信号量。当 goroutine 尝试获取一个已经被锁定的锁时，它会被阻塞并放入等待队列。当锁被释放时，信号量将会唤醒等待中的 goroutine。

5. 注意事项

不能复制 Mutex：在 Mutex 第一次使用后，不能将它复制到其他地方。复制 Mutex 会导致无法预期的行为，因为复制后的锁和原锁的状态并不共享。
```
mu := sync.Mutex{}
mu2 := mu  // 错误操作：不能复制 Mutex
```
Lock/Unlock 必须配对：每一次调用 Lock()，必须要有对应的 Unlock()。如果锁定后忘记解锁，可能会导致程序死锁，即其他 goroutine 永远无法获取该锁。

6. Go 内存模型中的“synchronizes before”

Go 的内存模型规定了 Lock 和 Unlock 之间的“同步之前”关系：

第 n 次调用 Unlock() 必须在第 m 次调用 Lock() 之前发生（对于任何 n < m）。
成功的 TryLock() 调用等效于 Lock()，而失败的 TryLock() 调用则不会建立任何“同步之前”关系。

这意味着，释放锁和获取锁的操作在内存中是有严格的顺序保证的，这样可以确保共享变量在不同 goroutine 之间的内存可见性是正确的。

总结

sync.Mutex 是 Go 中用于并发控制的基础工具，它通过互斥机制确保多个 goroutine 在访问共享资源时不会产生数据竞争。
Lock() 和 Unlock() 用于控制共享资源的访问，TryLock() 则提供了非阻塞的锁定尝试方法。
在并发环境中使用 Mutex 时，必须确保每次加锁都伴随着正确的解锁操作，以避免死锁。

Go中的互斥锁sync.Mutex理解