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Go并发之RWMutex的源码解析详解

作者:Shine4YG

RWMutex是一个支持并行读串行写的读写锁。RWMutex具有写操作优先的特点,写操作发生时,仅允许正在执行的读操作执行,后续的读操作都会被阻塞。本文就来从源码解析一下RWMutex的使用

RWMutex是一个支持并行读串行写的读写锁。RWMutex具有写操作优先的特点,写操作发生时,仅允许正在执行的读操作执行,后续的读操作都会被阻塞。

使用场景

RWMutex常用于大量并发读,少量并发写的场景;比如微服务配置更新、交易路由缓存等场景。相对于Mutex互斥锁,RWMutex读写锁具有更好的读性能。

下面以 “多个协程并行读取str变量,一个协程每100毫秒定时更新str变量” 场景为例,进行RWMutex读写锁和Mutex互斥锁的性能对比。

// 基于RWMutex的实现
var rwLock sync.RWMutex
var str1 = "hello"

func readWithRWLock() string {
    rwLock.RLock()
    defer rwLock.RUnlock()
    return str1
}

func writeWithRWLock() {
    rwLock.Lock()
    str1 = time.Now().Format("20060102150405")
    rwLock.Unlock()
}

// 多个协程并行读取string变量,同时每100ms对string变量进行1次更新
func BenchmarkRWMutex(b *testing.B) {
    ticker := time.NewTicker(100 * time.Millisecond)
    go func() {
        for range ticker.C {
            writeWithRWLock()
        }
    }()
    b.ResetTimer()
    b.RunParallel(func(pb *testing.PB) {
        for pb.Next() {
            readWithRWLock()
        }
    })
}
// 基于Mutex实现
var lock sync.Mutex
var str2 = "hello"

func readWithMutex() string {
    lock.Lock()
    defer lock.Unlock()
    return str2
}

func writeWithMutex() {
    lock.Lock()
    str2 = time.Now().Format("20060102150405")
    lock.Unlock()
}

// 多个协程并行读取string变量,同时每100ms对string变量进行1次更新
func BenchmarkMutex(b *testing.B) {
    ticker := time.NewTicker(100 * time.Millisecond)
    go func() {
        for range ticker.C {
            writeWithMutex()
        }
    }()
    b.ResetTimer()
    b.RunParallel(func(pb *testing.PB) {
        for pb.Next() {
            readWithMutex()
        }
    })
}

RWMutex读写锁和Mutex互斥锁的性能对比,结果如下:

# go test 结果
go test -bench . -benchtime=10s
BenchmarkRWMutex-8      227611413               49.5 ns/op
BenchmarkMutex-8        135363408               87.8 ns/op
PASS
ok      demo    37.800s

源码解析

RWMutex是一个写操作优先的读写锁,如下图所示:

RWMutex结构体

RWMutex由如下变量组成:

const rwmutexMaxReaders = 1 << 30

type RWMutex struct {
    w           Mutex  // Mutex互斥锁,用于实现写操作之间的互斥

    writerSem   uint32 // 写操作信号量,用于读操作唤醒写操作
    readerSem   uint32 // 读操作信号量,用于写操作唤醒读操作

    readerCount int32  // 读操作的数量,不存在写操作时从0开始计数,存在写操作时从-rwmutexMaxReaders开始计数
    readerWait  int32  // 写操作等待读操作的数量
}

Lock()方法

Lock方法用于写操作获取锁,其操作如下:

func (rw *RWMutex) Lock() {
    // 写操作之间通过w互斥锁实现互斥
    rw.w.Lock()
    // 1.将readerCount更新为负值,表示当前有写操作;当readerCount为负数时,新的读操作会被挂起
    // 2.r表示当前正在执行的读操作数量
    r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders) + rwmutexMaxReaders
    // r != 0表示当前存在正在执行的读操作;写操作需要等待所有读操作执行完,才能被执行;
    if r != 0 && atomic.AddInt32(&rw.readerWait, r) != 0 {
        // 将写操作挂起
        runtime_SemacquireMutex(&rw.writerSem, false, 0)
    }
}

Unlock()方法

Unlock方法用于写操作释放锁,其操作如下:

readerCount更新为正数,表示当前不存在活跃的写操作;

如果更新后的readerCount大于0,表示当前写操作阻塞了readerCount个读操作,需要将所有被阻塞的读操作都唤醒;

w互斥锁释放,允许其他写操作执行;

func (rw *RWMutex) Unlock() {
    // 将readerCount更新为正数,从0开始计数
    r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, rwmutexMaxReaders)
    if r >= rwmutexMaxReaders {
        throw("sync: Unlock of unlocked RWMutex")
    }
    // 唤醒所有等待写操作的读操作 
    for i := 0; i < int(r); i++ {
        runtime_Semrelease(&rw.readerSem, false, 0)
    }
    // 释放w互斥锁,允许其他写操作进入
    rw.w.Unlock()
}

RLock()方法

RLock方法用于读操作获取锁,其操作如下:

func (rw *RWMutex) RLock() {
    // 原子更新readerCount+1
    // 1. readerCount+1为负数时,表示当前存在写操作;读操作需要等待写操作执行完,才能被执行
    // 2. readerCount+1不为负数时,表示当前不存在写操作,读操作可以执行
    if atomic.AddInt32(&rw.readerCount, 1) < 0 {
        // 将读操作挂起
        runtime_SemacquireMutex(&rw.readerSem, false, 0)
    }
}

RUnlock()方法

RUnlock方法用于读操作释放锁,其操作如下:

原子更新readerCount-1

如果当前读操作阻塞了写操作atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -1)<0,原子更新readerWait-1

readerWait为0时,表示阻塞写操作的所有读操作都执行完了,唤醒写操作;

func (rw *RWMutex) RUnlock() {
    // 原子更新readerCount-1
    // 当readerCount-1为负时,表示当前读操作阻塞了写操作,需要进行readerWait的更新
    if r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -1); r < 0 {
        rw.rUnlockSlow(r)
    }
}

func (rw *RWMutex) rUnlockSlow(r int32) {
    if r+1 == 0 || r+1 == -rwmutexMaxReaders {
        throw("sync: RUnlock of unlocked RWMutex")
    }
    // 原子操作readerWait-1
    // 当readerWait-1为0时,表示导致写操作阻塞的所有读操作都执行完,将写操作唤醒
    if atomic.AddInt32(&rw.readerWait, -1) == 0 {
        // 唤醒读操作
        runtime_Semrelease(&rw.writerSem, false, 1)
    }
}

到此这篇关于Go并发之RWMutex的源码解析详解的文章就介绍到这了,更多相关Go RWMutex内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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