Kotlin协程之Mutex详解Mutex是Kotlin协程中用于实现互斥访问共享资源的核心工具。通过合理使用Mutex

一、Mutex简介

Mutex（互斥锁） 是Kotlin协程中用于实现互斥访问共享资源的核心工具。它确保同一时间只有一个协程可以进入临界区（Critical Section），从而避免数据竞争和不一致问题。与线程锁不同，协程的Mutex基于挂起机制而非阻塞，更轻量且适合协程的协作式多任务模型。

二、核心特性

互斥访问：同一时刻仅允许一个协程持有锁。
挂起而非阻塞：未获取锁的协程会被挂起，不占用线程资源。
可取消性：协程被取消时自动释放锁，避免死锁。
不可重入：同一协程重复获取锁会导致挂起（需手动设计避免）。

三、使用场景

共享变量修改：如多个协程并发修改计数器。
复杂资源操作：操作非线程安全的集合（如ArrayList）。
跨协程状态同步：确保多个协程按特定顺序访问资源。
替代synchronized：在协程环境中更高效地实现互斥。

四、示例代码

1. 基本用法（保护计数器）

import kotlinx.coroutines.*
import kotlinx.coroutines.sync.Mutex
import kotlinx.coroutines.sync.withLock

val mutex = Mutex()
var counter = 0

fun main() = runBlocking {
    val jobs = List(10) { // 启动10个协程
        launch(Dispatchers.Default) {
            repeat(1000) { // 每个协程递增计数器1000次
                mutex.withLock { // 自动加锁/解锁
                    counter++
                }
            }
        }
    }
    jobs.forEach { it.join() }
    println("Final counter: $counter") // 正确输出10000
}

2. 保护共享集合

val mutex = Mutex()
val sharedList = mutableListOf<Int>()

fun updateList(value: Int) = runBlocking {
    mutex.withLock {
        sharedList.add(value)
        println("Added $value, list size: ${sharedList.size}")
    }
}

// 多个协程并发调用 updateList()

3. 结合超时控制

suspend fun tryLockWithTimeout() {
    try {
        // 尝试在500ms内获取锁
        if (mutex.tryLock(500)) {
            try {
                // 临界区操作
                delay(300) // 模拟耗时操作
            } finally {
                mutex.unlock()
            }
        } else {
            println("Failed to acquire lock within timeout")
        }
    } catch (e: CancellationException) {
        println("Lock acquisition cancelled")
    }
}

五、API详解

方法	描述
`mutex.lock()`	挂起协程直至获取锁，需手动调用`unlock()`。
`mutex.unlock()`	释放锁，必须在持有锁的协程中调用。
`mutex.withLock { ... }`	自动管理锁的获取和释放（推荐方式）。
`mutex.tryLock()`	非挂起方式尝试立即获取锁，返回`true`/`false`。
`mutex.holdsLock()`	检查当前协程是否持有锁。

六、注意事项

1. 避免死锁：

不可重入：同一协程重复获取锁会导致永久挂起。

// 错误示例：导致死锁
mutex.withLock {
    mutex.withLock { // 第二次尝试获取同一锁
        // 永远不会执行
    }
}

2. 锁粒度控制：

尽量缩小临界区范围，避免长时间持有锁。

// 不推荐：锁内执行耗时操作
mutex.withLock {
    delay(1000) // 长时间挂起阻塞其他协程
    updateResource()
}

3. 协程取消处理：

协程取消时自动释放锁，但需确保资源状态一致性。

mutex.withLock {
    try {
        criticalOperation()
    } finally {
        // 清理资源（即使协程被取消）
    }
}

3. 性能考量：

高频锁竞争场景中，优先考虑原子变量（如AtomicInteger）或无锁数据结构。

七、与其他并发工具对比

工具	特点
Mutex	互斥锁，适合保护共享资源的独占访问。
Semaphore	信号量，允许指定数量的协程同时访问资源。
Atomic	原子变量，轻量级解决简单变量的线程安全问题。
Channel	通过通信共享内存，适合生产者-消费者模式。

八、总结

何时使用Mutex：需要互斥访问复杂共享状态时。
最佳实践：
- 优先使用withLock简化锁管理。
- 避免在锁内执行耗时或挂起操作。
- 结合协程取消机制确保资源释放。
替代方案：简单场景下优先考虑原子变量或协程通道（Channel）。

通过合理使用Mutex，可以在协程并发编程中有效避免数据竞争，同时保持代码的高效与可维护性。

Kotlin协程之Mutex详解