前言
在学习操作系统的时候，我们应该都学习过临界区、互斥锁这些概念，用于在并发环境下保证状态的正确性。比如在秒杀时，100 个用户同时抢 10 个电脑，为了避免少卖或者超卖，就需要使用锁来进行并发控制。在 Go语言 里面互斥锁是 sync.Mutex ，我们本篇文章就来学习下为什么要使用互斥锁、如何使用互斥锁，以及使用时的常见问题。
为什么要使用互斥锁
我们来看一个示例：我们起了 10000 个协程将变量 num 加1，因此肯定会存在并发，如果我们不控制并发，10000 个协程都执行完后，该变量的值很大概率不等于 10000。
那么为什么会出现这个问题呢，原因是 num++ 不是原子操作，它会先读取变量 num 当前值，然后对这个值 加1，再把结果保存到 num 中。例如 10 个 goroutine 同时运行到 num++ 这一行，可能同时读取 num=1000，都加1后再保存， num=1001，这就与想要的结果不符。
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package mainimport ( "fmt" "sync")func main() { num := 0 var wg sync.WaitGroup threadCount := 10000 wg.Add(threadCount) for i := 0; i < threadCount; i++ { go func() { defer wg.Done() num++ }() } wg.Wait() // 等待 10000 个协程都执行完 fmt.Println(num) // 9388(每次都可能不一样)} |
我们如果使用了互斥锁，可以保证每次进入临界区的只有一个 goroutine，一个 goroutine 执行完后，另一个 goroutine 才能进入临界区执行，最终就实现了并发控制。
并发获取锁示意图
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package mainimport ( "fmt" "sync")func main() { num := 0 var mutex sync.Mutex // 互斥锁 var wg sync.WaitGroup threadCount := 10000 wg.Add(threadCount) for i := 0; i < threadCount; i++ { go func() { defer wg.Done() mutex.Lock() // 加锁 num++ // 临界区 mutex.Unlock() // 解锁 }() } wg.Wait() fmt.Println(num) // 10000} |
如何使用互斥锁
Mutex 保持 Go 一贯的简洁风格，开箱即用，声明一个变量默认是没有加锁的，加锁使用 Lock() 方法，解锁使用 Unlock() 方法。
使用方式一：直接声明使用
这个在上例中已经体现了，直接看上面的例子就好
使用方式二：封装在其他结构体中
我们可以将 Mutex 封装在 struct 中，封装成线程安全的函数供外部调用。比如我们封装了一个线程安全的计数器，调用 Add() 就加一，调用Count() 返回计数器的值。
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package mainimport ( "fmt" "sync")type Counter struct { num int mutex sync.Mutex}// 加一操作，涉及到临界区 num，加锁解锁func (counter *Counter) Add() { counter.mutex.Lock() defer counter.mutex.Unlock() counter.num++}// 返回数量，涉及到临界区 num，加锁解锁func (counter *Counter) Count() int { counter.mutex.Lock() defer counter.mutex.Unlock() return counter.num}func main() { threadCount := 10000 var counter Counter var wg sync.WaitGroup wg.Add(threadCount) for i := 0; i < threadCount; i++ { go func() { defer wg.Done() counter.Add() }() } wg.Wait() // 等待所有 goroutine 都执行完 fmt.Println(counter.Count()) // 10000} |
在 Go 中，map 结构是不支持并发的，如果并发读写就会 panic
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// 运行会 panic，提示 fatal error: concurrent map writesfunc main() { m := make(map[string]string) var wait sync.WaitGroup wait.Add(1000) for i := 0; i < 1000; i++ { item := fmt.Sprintf("%d", i) go func() { wait.Done() m[item] = item }() } wait.Wait()} |
基于 Mutex ，我们可以实现一个线程安全的 map：
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import ( "fmt" "sync")type ConcurrentMap struct { mutex sync.Mutex items map[string]interface{}}func (c *ConcurrentMap) Add(key string, value interface{}) { c.mutex.Lock() defer c.mutex.Unlock() c.items[key] = value}func (c *ConcurrentMap) Remove(key string) { c.mutex.Lock() defer c.mutex.Unlock() delete(c.items, key)}func (c *ConcurrentMap) Get(key string) interface{} { c.mutex.Lock() defer c.mutex.Unlock() return c.items[key]}func NewConcurrentMap() ConcurrentMap { return ConcurrentMap{ items: make(map[string]interface{}), }}func main() { m := NewConcurrentMap() var wait sync.WaitGroup wait.Add(1000) for i := 0; i < 1000; i++ { item := fmt.Sprintf("%d", i) go func() { wait.Done() m.Add(item, item) }() } wait.Wait() fmt.Println(m.Get("100")) // 100} |
当然，基于互斥锁 Mutex 实现的线程安全 map 并不是性能最好的，基于读写锁 sync.RWMutex 和 分片 可以实现性能更好的、线程安全的 map，开发中比较常用的并发安全 map 是 orcaman / concurrent-map（https://github.com/orcaman/concurrent-map）。
互斥锁的常见问题
从上面可以看出，Mutex 的使用过程方法比较简单，但还是有几点需要注意：
1.Mutex是可以在 goroutine A 中加锁，在 goroutine B 中解锁的，但是在实际使用中，尽量保证在同一个 goroutine 中加解锁。比如 goroutine A 申请到了锁，在处理临界区资源的时候，goroutine B 把锁释放了，但是 A 以为自己还持有锁，会继续处理临界区资源，就可能会出现问题。
2.Mutex的加锁解锁基本都是成对出现，为了解决忘记解锁，可以使用 defer 语句，在加锁后直接 defer mutex.Unlock()；但是如果处理完临界区资源后还有很多耗时操作，为了尽早释放锁，不建议使用 defer，而是在处理完临界区资源后就调用 mutex.Unlock() 尽早释放锁。
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// 逻辑复杂，可能会忘记释放锁func main() { var mutex sync.Mutex mutex.Lock() if *** { if *** { // 处理临界区资源 mutex.Unlock() return } // 处理临界区资源 mutex.Unlock() return } // 处理临界区资源 mutex.Unlock() return}// 避免逻辑复杂忘记释放锁，使用 defer语句，成对出现func main() { var mutex sync.Mutex mutex.Lock() defer mutex.Unlock() if *** { if *** { // 处理临界区资源 return } // 处理临界区资源 return } // 处理临界区资源 return} |
3.Mutex 不能复制使用
Mutex 是有状态的，比如我们对一个 Mutex 加锁后，再进行复制操作，会把当前的加锁状态也给复制过去，基于加锁的 Mutex 再加锁肯定不会成功。进行复制操作可能听起来是一个比较低级的错误，但是无意间可能就会犯这种错误。
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package mainimport ( "fmt" "sync")type Counter struct { mutex sync.Mutex num int}func SomeFunc(c Counter) { c.mutex.Lock() defer c.mutex.Unlock() c.num--}func main() { var counter Counter counter.mutex.Lock() defer counter.mutex.Unlock() counter.num++ // Go都是值传递，这里复制了 counter，此时 counter.mutex 是加锁状态，在 SomeFunc 无法再次加锁，就会一直等待 SomeFunc(counter)} |
以上就是初识Golang Mutex互斥锁的使用的详细内容，更多关于Golang Mutex互斥锁的资料请关注服务器之家其它相关文章！
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/2wKsjLcngrcaiHGe2egttw
