Go 基础知识与框架体系 系列八: mutex 互斥锁

这篇文章总结了 Go 的知识体系: mutex，包括其中的底层实现等等。

mutex 互斥锁

1. mutex 底层结构

mutex 底层结构如下：

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type Mutex struct {
	state int32
	sema uint32
}

• 零值就是一个有效的互斥锁，处于Unlocked状态。
• state存储的是互斥锁的状态，加锁和解锁，都是通过atomic包提供的函数原子性，操作该字段。
• sema用作一个信号量，主要用于等待队列。

Mutex有两种模式，在正常模式下，一个尝试加锁的goroutine会先自旋四次，自旋锁(如果不成功就一直尝试)，尝试通过原子操作获得锁，若几次自旋之后仍不能获得锁，则通过信号量排队等待。其中，所有等待者会按照先入先出FIFO的顺序排队。

但是当锁被释放，第一个等待者被唤醒后并不会直接拥有锁，而是需要和后来者竞争，也就是那些处于自旋阶段，尚未排队等待的goroutine。这种情况下后来者更有优势，一方面，它们正在CPU上运行，自然比刚被唤醒的goroutine更有优势，另一方面处于自旋状态的goroutine可以有很多，而被唤醒的goroutine每次只有一个，所以被唤醒的goroutine有很大概率拿不到锁。这种情况下它会被重新插入到队列的头部，而不是尾部。

而当一个goroutine本次加锁等待时间超过了1ms后，它会把当前Mutex从正常模式切换至“饥饿模式”。

在饥饿模式下，Mutex的所有权从执行Unlock的goroutine，直接传递给等待队列头部的goroutine，后来者不会自旋，也不会尝试获得锁，即使Mutex处于Unlocked的状态。它们会直接到队列的尾部排队等待。

当一个等待者获得锁之后，它会在以下两种情况时，将Mutex由饥饿模式切换回正常模式。

• 第一种情况是它的等待时间小于1ms，也就是它刚来不久
• 第二种情况是它是最后一个等待者，等待队列已经空了，后面自然就没有饥饿的goroutine了

而饥饿模式不再尝试自旋，所有goroutine都要排队，严格的FIFO，对于防止出现尾端延迟来讲特别重要。