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一文带你深入理解Golang中的RWMutex

作者：eleven26

这篇文章主要为大家详细介绍了Golang中RWMutex的相关知识，知其然，更要知其所以然。文中的示例代码讲解详细，感兴趣的小伙伴可以了解一下

在上一篇文章《深入理解 go Mutex》中， 我们已经对 go Mutex 的实现原理有了一个大致的了解，也知道了 Mutex 可以实现并发读写的安全。 今天，我们再来看看另外一种锁，RWMutex，有时候，其实我们读数据的频率要远远高于写数据的频率， 而且不同协程应该可以同时读取的，这个时候，RWMutex 就派上用场了。

RWMutex 的实现原理和 Mutex 类似，只是在 Mutex 的基础上，区分了读锁和写锁：

下面就让我们来深入了解一下 RWMutex 的基本使用和实现原理等内容。

RWMutex 的整体模型

正如 RWMutex 的命名那样，它是区分了读锁和写锁的锁，所以我们可以从读和写两个方面来看 RWMutex 的模型。

下文中的 reader 指的是进行读操作的 goroutine，writer 指的是进行写操作的 goroutine。

读操作模型

我们可以用下图来表示 RWMutex 的读操作模型：

上图使用了 w.Lock，是因为 RWMutex 的实现中，写锁是使用 Mutex 来实现的。

说明：

写操作模型

我们可以用下图来表示 RWMutex 的写操作模型：

说明：

写操作的时候只能有一个 goroutine 持有 Lock，然后进入临界区，释放写锁之前，所有其他的 goroutine 都只能等待。

上图的 G1~G5 表示的是按时间顺序先后获取锁的几个 goroutine。

上面几个 goroutine 获取锁的过程是：

基本用法

RWMutex 中包含了以下的方法：

其他不常用的方法：

一个简单的例子

我们可以通过下面的例子来看一下 RWMutex 的基本用法：

package mutex

import (
   "sync"
   "testing"
)

var config map[string]string
var mu sync.RWMutex

func TestRWMutex(t *testing.T) {
   config = make(map[string]string)

   // 启动 10 个 goroutine 来写
   var wg1 sync.WaitGroup
   wg1.Add(10)
   for i := 0; i < 10; i++ {
      go func() {
         set("foo", "bar")
         wg1.Done()
      }()
   }

   // 启动 100 个 goroutine 来读
   var wg2 sync.WaitGroup
   wg2.Add(100)
   for i := 0; i < 100; i++ {
      go func() {
         get("foo")
         wg2.Done()
      }()
   }

   wg1.Wait()
   wg2.Wait()
}

// 获取配置
func get(key string) string {
   // 获取读锁，可以多个 goroutine 并发读取
   mu.RLock()
   defer mu.RUnlock()

   if v, ok := config[key]; ok {
      return v
   }

   return ""
}

// 设置配置
func set(key, val string) {
   // 获取写锁
   mu.Lock()
   defer mu.Unlock()

   config[key] = val
}

上面的例子中，我们启动了 10 个 goroutine 来写配置，启动了 100 个 goroutine 来读配置。 这跟我们现实开发中的场景是一样的，很多时候其实是读多写少的。 如果我们在读的时候也使用互斥锁，那么就会导致读的性能非常差，因为读操作一般都不会有副作用的，但是如果使用互斥锁，那么就只能一个一个的读了。

而如果我们使用 RWMutex，那么就可以同时有多个 goroutine 来读取配置，这样就可以大大提高读的性能。 因为我们进行读操作的时候，可以多个 goroutine 并发读取，这样就可以大大提高读的性能。

RWMutex 使用的注意事项

在《深入理解 go Mutex》中，我们已经讲过了 Mutex 的使用注意事项， 其实 RWMutex 的使用注意事项也是差不多的：

源码剖析

RWMutex 的一些实现原理跟 Mutex 是一样的，比如阻塞的时候使用信号量等，在 Mutex 那一篇中已经有讲解了，这里不再赘述。 这里就 RWMutex 的实现原理进行一些简单的剖析。

RWMutex 结构体

RWMutex 的结构体定义如下：

type RWMutex struct {
   w           Mutex        // 互斥锁，用于保护读写锁的状态
   writerSem   uint32       // writer 信号量
   readerSem   uint32       // reader 信号量
   readerCount atomic.Int32 // 所有 reader 数量
   readerWait  atomic.Int32 // writer 等待完成的 reader 数量
}

各字段含义：

因为要区分读锁和写锁，所以在 RWMutex 中，我们需要两个信号量，一个用于实现写锁的阻塞等待，一个用于实现读锁的阻塞等待。 我们需要特别注意的是 readerCount 和 readerWait 这两个字段，我们可能会比较好奇，为什么有了 readerCount 这个字段， 还需要 readerWait 这个字段呢？

这是因为，我们在尝试获取写锁的时候，可能会有多个 reader 正在使用读锁，这时候我们需要知道有多少个 reader 正在使用读锁， 等待这些 reader 释放读锁之后，就获取写锁了，而 readerWait 这个字段就是用来记录这个数量的。 在 Lock 中获取写锁的时候，如果观测到 readerWait 不为 0 则会阻塞等待，直到 readerWait 为 0 之后才会真正获取写锁，然后才可以进行写操作。

读锁源码剖析

获取读锁的方法如下：

// 获取读锁
func (rw *RWMutex) RLock() {
   if rw.readerCount.Add(1) < 0 {
      // 有 writer 在使用锁，阻塞等待 writer 完成
      runtime_SemacquireRWMutexR(&rw.readerSem, false, 0)
   }
}

读锁的实现很简单，先将 readerCount 加 1，如果加 1 之后的值小于 0，说明有 writer 正在使用锁，那么就需要阻塞等待 writer 完成。

释放读锁的方法如下：

// 释放读锁
func (rw *RWMutex) RUnlock() {
   // readerCount 减 1，如果 readerCount 小于 0 说明有 writer 在等待
   if r := rw.readerCount.Add(-1); r < 0 {
      // 有 writer 在等待，唤醒 writer
      rw.rUnlockSlow(r)
   }
}

// 唤醒 writer
func (rw *RWMutex) rUnlockSlow(r int32) {
   // 未 Lock 就 Unlock，panic
   if r+1 == 0 || r+1 == -rwmutexMaxReaders {
      fatal("sync: RUnlock of unlocked RWMutex")
   }
   // readerWait 减 1，返回值是新的 readerWait 值
   if rw.readerWait.Add(-1) == 0 {
      // 最后一个 reader 唤醒 writer
      runtime_Semrelease(&rw.writerSem, false, 1)
   }
}

读锁的实现总结：

·rwmutexMaxReaders算是一个特殊的标识，在获取写锁的时候会将readerCount的值减去rwmutexMaxReaders， 所以在其他地方可以根据 readerCount` 是否小于 0 来判断是否有 writer 正在使用锁。

写锁源码剖析

获取写锁的方法如下：

// 获取写锁
func (rw *RWMutex) Lock() {
   // 首先，解决与其他写入者的竞争。
   rw.w.Lock()
   // 向读者宣布有一个待处理的写入。
   // r 就是当前还没有完成的读操作，等这部分读操作完成之后才可以获取写锁。
   r := rw.readerCount.Add(-rwmutexMaxReaders) + rwmutexMaxReaders
   // 等待活跃的 reader
   if r != 0 && rw.readerWait.Add(r) != 0 {
      // 阻塞，等待最后一个 reader 唤醒
      runtime_SemacquireRWMutex(&rw.writerSem, false, 0)
   }
}

释放写锁的方法如下：

// 释放写锁
func (rw *RWMutex) Unlock() {
   // 向 readers 宣布没有活动的 writer。
   r := rw.readerCount.Add(rwmutexMaxReaders)
   if r >= rwmutexMaxReaders { // r >= 0 并且 < rwmutexMaxReaders 才是正常的（r 是持有写锁期间尝试获取读锁的 reader 数量）
      fatal("sync: Unlock of unlocked RWMutex")
   }
   // 如果有 reader 在等待写锁释放，那么唤醒这些 reader。
   for i := 0; i < int(r); i++ {
      runtime_Semrelease(&rw.readerSem, false, 0)
   }
   // 允许其他的 writer 继续进行。
   rw.w.Unlock()
}

写锁的实现总结：

TryRLock 和 TryLock

TryRLock 和 TryLock 的实现都很简单，都是尝试获取读锁或者写锁，如果获取不到就返回 false，获取到了就返回 true，这两个方法不会阻塞等待。

// TryRLock 尝试锁定 rw 以进行读取，并报告是否成功。
func (rw *RWMutex) TryRLock() bool {
   for {
      c := rw.readerCount.Load()
      // 有 goroutine 持有写锁
      if c < 0 {
         return false
      }
      // 尝试获取读锁
      if rw.readerCount.CompareAndSwap(c, c+1) {
         return true
      }
   }
}

// TryLock 尝试锁定 rw 以进行写入，并报告是否成功。
func (rw *RWMutex) TryLock() bool {
   // 写锁被占用
   if !rw.w.TryLock() {
      return false
   }
   // 读锁被占用
   if !rw.readerCount.CompareAndSwap(0, -rwmutexMaxReaders) {
      // 释放写锁
      rw.w.Unlock()
      return false
   }
   // 成功获取到锁
   return true
}

总结

RWMutex 使用起来比较简单，相比 Mutex 而言，它区分了读锁和写锁，可以提高并发性能。最后，总结一下本文内容：

RWMutex 有两种锁：读锁和写锁。

读锁可以被多个 goroutine 同时持有，写锁只能被一个 goroutine 持有。也就是可以并发读，但只能互斥写。

写锁被占用的时候，其他的读和写操作都会被阻塞。读锁被占用的时候，其他的写操作会被阻塞，但是读操作不会被阻塞。除非读操作发生在一个新的写操作之后。

RWMutex 包含以下几个方法：

也包含了两个非阻塞的方法：

RWMutex 使用的注意事项跟 Mutex 差不多：

RWMutex 的实现：

以上就是一文带你深入理解Golang中的RWMutex的详细内容，更多关于Golang RWMutex的资料请关注脚本之家其它相关文章！

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