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Golang并发之RWMutex怎么使用

时间:2024-4-26 19:55     作者:韩俊     分类: Go语言


这篇文章主要介绍“Golang并发之RWMutex怎么使用”,在日常操作中,相信很多人在Golang并发之RWMutex怎么使用问题上存在疑惑,小编查阅了各式资料,整理出简单好用的操作方法,希望对大家解答”Golang并发之RWMutex怎么使用”的疑惑有所帮助!接下来,请跟着小编一起来学习吧!

RWMutex

读写互斥锁是一种同步原语,它允许多个协程同时访问共享资源,同时确保一次只有一个协程可以修改资源。相较于互斥锁,读写互斥锁在读操作比写操作更频繁的情况下,可以带来更好的性能表现。

Go
语言中,
RWMutex
是一种读写互斥锁的实现,它提供了一种简单有效的方式来管理对共享资源的并发访问。它提供了两种类型的锁:读锁写锁

1、读锁(

RLock()
TryRLock()
RUnlock()
方法)

RWMutex
的读锁是一种共享锁,当一个协程获取了读锁后,其他协程也可以同时获取读锁,从而允许并发的读操作。

2、写锁(

Lock()
TryLock()
Unlock()
方法)

RWMutex
的写锁是一种独占锁,当一个协程获取了写锁后,其他协程无法获取读锁或写锁,直到该协程释放写锁。在写锁未被释放之前,任何想要获取读锁或写锁的
goroutine
都会被阻塞。

RWMutex 结构体介绍

type RWMutex struct {
   w           Mutex        
   writerSem   uint32       // 写操作等待者
   readerSem   uint32       // 读操作等待者 
   readerCount atomic.Int32 // 持有读锁的 goroutine 数量
   readerWait  atomic.Int32 // 请求写锁时,需要等待完成的读锁数量
}

RWMutex
由以下字段组成:

  • w
    : 为互斥锁,用于实现写操作之间的互斥。

  • writerSem
    :写操作的信号量。当有
    goroutine
    请求写操作时,如果有其他的
    goroutine
    正在执行读操作,则请求写操作的
    goroutine
    将会被阻塞,直到所有的读操作完成后,通过
    writerSem
    信号量解除阻塞。

  • readerSem
    :读操作的信号量。当有
    goroutine
    请求读操作时,如果此时存在写操作,则请求读操作的
    goroutine
    将会被阻塞,直到写操作执行完成后,通过
    readerSem
    信号量解除阻塞并继续执行。

  • readerCount
    :读操作的
    goroutine
    数量,当
    readerCount
    为正数时,表示有一个或多个读操作正在执行,如果
    readerCount
    的值为负数,说明有写操作正在等待。

  • readerWait
    :写操作的
    goroutine
    等待读操作完成的数量。当一个写操作请求执行时,如果此时有一个或多个读操作正在执行,则会将读操作的数量记录到
    readerWait
    中,并阻塞写操作所在的
    goroutine
    。写操作所在的
    goroutine
    会一直阻塞,直到正在执行的所有读操作完成,此时
    readerWait
    的值将被更新为
    0
    ,并且写操作所在的
    goroutine
    将被唤醒。

RWMutex
常用方法:

  • Lock()
    :获取写锁,拥有写操作的权限;如果读操作正在执行,此方法将会阻塞,直到所有的读操作执行结束。

  • Unlock()
    :释放写锁,并唤醒其他请求读锁的
    goroutine

  • TryLock()
    :尝试获取写锁,如果获取成功,返回
    true
    ,否则返回
    false
    ,不存在阻塞的情况。

  • RLock()
    :获取读锁,读锁是共享锁,可以被多个
    goroutine
    获取,但是如果有写操作正在执行或等待执行时,此方法将会阻塞,直到写操作执行结束。

  • RUnlock()
    :释放读锁,如果所有读操作都结束并且有等待执行的写操作,则会唤醒对应的
    goroutine

  • TryRlock()
    :尝试获取读锁,如果获取成功,返回
    true
    ,否则返回
    false
    ,不存在阻塞的情况。

简单读写场景示例

package main

import (
   "fmt"
   "sync"
   "time"
)

type Counter struct {
   value   int
   rwMutex sync.RWMutex
}

func (c *Counter) GetValue() int {
   c.rwMutex.RLock()
   defer c.rwMutex.RUnlock()
   return c.value
}

func (c *Counter) Increment() {
   c.rwMutex.Lock()
   defer c.rwMutex.Unlock()
   c.value++
}
func main() {
   counter := Counter{value: 0}

   // 读操作
   for i := 0; i < 10; i++ {
      go func() {
         for {
            fmt.Println("Value: ", counter.GetValue())
            time.Sleep(time.Millisecond)
         }
      }()
   }

   // 写操作
   for {
      counter.Increment()
      time.Sleep(time.Second)
   }
}

上述代码示例中定义了一个

Counter
结构体,包含一个
value
字段和一个
sync.RWMutex
实例
rwMutex
。该结构体还实现了两个方法:
GetValue()
Increment()
,分别用于读取
value
字段的值和对
value
字段的值加一。这两个方法在访问
value
字段时,使用了读写锁来保证并发安全。

main()
函数中,首先创建了一个
Counter
实例
counter
,然后启动了
10
个协程,每个协程会不断读取
counter
并打印到控制台上。同时,
main()
函数也会不断对
counter
value
值加
1
,每次加
1
的操作都会休眠
1
秒钟。由于使用了读写锁,多个读操作可以同时进行,而写操作则会互斥进行,保证了并发安全。

基于 RWMutex 实现一个简单的协程安全的缓存

在 Go Mutex:保护并发访问共享资源的利器 文章中,使用了

Mutex
实现了一个简单的线程安全的缓存,但并不是最优的设计,对于缓存场景,读操作比写操作更频繁,因此使用
RWMutex
代替
Mutex
会更好。

import "sync"

type Cache struct {
   data    map[string]any
   rwMutex sync.RWMutex
}

func NewCache() *Cache {
   return &Cache{
      data: make(map[string]any),
   }
}

func (c *Cache) Get(key string) (any, bool) {
   c.rwMutex.RLock()
   defer c.rwMutex.RUnlock()
   value, ok := c.data[key]
   return value, ok
}

func (c *Cache) Set(key string, value any) {
   c.rwMutex.Lock()
   defer c.rwMutex.Unlock()
   c.data[key] = value
}

上述代码实现了一个协程安全的缓存,通过使用

RWMutex
的读写锁,保证了
Get()
方法可以被多个
goroutine
并发地执行,而且只有在读操作和写操作同时存在时才会进行互斥锁定,有效地提高了并发性能。

RWMutex 易错场景

没有正确的加锁和解锁

为了正确使用读写锁,必须正确使用锁的方法。对于读操作,必须成对使用

RLock()
RUnlock()
方法,否则可能会导致程序
panic
或阻塞。

例如:如果缺少

RLock()
,直接使用
RUnlock()
方法,程序将会
panic
,如果缺少
RUnlock()
方法,将会发生阻塞的形象。

同样,对于写操作,必须成对使用

Lock()
Unlock()
方法。

最佳实践是使用

defer
来释放锁:为了保证锁总是被释放,即使在运行时错误或提前返回的情况下,也可以在获得锁后立即使用
defer
关键字来调度相应的解锁方法。

rwMutex.RLock()
defer rwMutex.RUnlock()
// 读操作

rwMutex.Lock()
defer rwMutex.Unlock()
// 写操作

重复加锁

重复加锁操作被称为可重入操作。不同于其他一些编程语言的锁实现(例如 

Java
 的 
ReentrantLock
),
Go
 的 
mutex
 并不支持可重入操作。

由于

RWMutex
内部是基于
Mutex
实现的写操作互斥,如果发生了重复加锁操作,就会导致死锁。这个易错场景在上篇文章中也提到了,还给出了代码示例,感兴趣的小伙伴可以去看看。

读操作内嵌写操作

当有协程执行读操作时,请求执行写操作的协程会被阻塞。如果在读操作中嵌入写操作的代码,写操作将调用

Lock()
方法,从而导致读操作和写操作之间形成相互依赖关系。在这种情况下,读操作会等待写操作完成后才能执行
RUnlock()
,而写操作则会等待读操作完成后才能被唤醒继续执行,从而导致死锁的状态。

标签: golang

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