Golang 语言中基础同步原语 Mutex 和 RWMutex 的区别

介绍

Golang 语言天生支持并发，关于并发编程，Golang 语言还有一句口号：“不要通过共享内存进行通信；而是通过通信共享内存”。

但是，通过“共享内存进行通信”的方式作为并发编程的解决方案在传统的编程语言中更为流行。在 Golang 语言标准库 sync 包中也提供了“通过共享内存进行通信”的并发编程解决方案。

其中，在 sync 包中最重要的同步工具就是 sync.Mutex 和 sync.RWMutex。因为在之前的文章已经介绍过二者的使用，所以本文我们不再赘述。本文主要介绍使用二者的注意事项和二者的区别。

Mutex

Mutex 也称为互斥锁，互斥锁就是互相排斥的锁，它可以用作保护临界区的共享资源，保证同一时刻只有一个 goroutine 操作临界区中的共享资源。互斥锁 Mutex 类型有两个方法，Lock 和 Unlock。

使用互斥锁的注意事项：

• Mutex 类型变量的零值是一个未锁定状态的互斥锁。
• Mutex 在首次被使用之后就不能再被拷贝（Mutex 是值类型，拷贝会同时拷贝互斥锁的状态）。
• Mutex 在未锁定状态（还未锁定或已被解锁），调用 Unlock 方法，将会引发运行时错误。
• Mutex 的锁定状态与特定 goroutine 没有关联，Mutex 被一个 goroutine 锁定， 可以被另外一个 goroutine 解锁。（不建议使用，必须使用时需要格外小心。）
• Mutex 的 Lock 方法和 Unlock 方法要成对使用，不要忘记将锁定的互斥锁解锁，一般做法是使用 defer。

互斥锁源码：

type Mutex struct {
 state int32 // 互斥锁的状态
 sema  uint32 // 信号量，用于控制互斥锁的状态
}

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RWMutex

RWMutex 也称为读写互斥锁，读写互斥锁就是读取/写入互相排斥的锁。它可以由任意数量的读取操作的 goroutine 或单个写入操作的 goroutine 持有。读写互斥锁 RWMutex 类型有五个方法，Lock，Unlock，Rlock，RUnlock 和 RLocker。其中，RLocker 返回一个 Locker 接口，该接口通过调用 rw.RLock 和 rw.RUnlock 来实现 Lock 和 Unlock 方法。

使用读写互斥锁的注意事项：

• RWMutex 类型变量的零值是一个未锁定状态的互斥锁。
• RWMutex 在首次被使用之后就不能再被拷贝。
• RWMutex 的读锁或写锁在未锁定状态，解锁操作都会引发 panic。
• RWMutex 的一个写锁 Lock 去锁定临界区的共享资源，如果临界区的共享资源已被（读锁或写锁）锁定，这个写锁操作的 goroutine 将被阻塞直到解锁。
• RWMutex 的读锁不要用于递归调用，比较容易产生死锁。
• RWMutex 的锁定状态与特定的 goroutine 没有关联。一个 goroutine 可以 RLock（Lock），另一个 goroutine 可以 RUnlock（Unlock）。
• 写锁被解锁后，所有因操作锁定读锁而被阻塞的 goroutine 会被唤醒，并都可以成功锁定读锁。
• 读锁被解锁后，在没有被其他读锁锁定的前提下，所有因操作锁定写锁而被阻塞的 goroutine，其中等待时间最长的一个 goroutine 会被唤醒。

读写互斥锁源码：

type RWMutex struct {
 w           Mutex  // held if there are pending writers
 writerSem   uint32 // semaphore for writers to wait for completing readers
 readerSem   uint32 // semaphore for readers to wait for completing writers
 readerCount int32  // number of pending readers
 readerWait  int32  // number of departing readers
}

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Mutex 和 RWMutex 的区别

RWMutex 和 Mutex 的区别是 RWMutex 将对临界区的共享资源的读写操作做了区分，RWMutex 可以针对读写操作做不同级别的锁保护。

RWMutex 读写锁中包含读锁和写锁，它的 Lock 和 Unlock 方法用作写锁保护，它的 RLock 和 RUnlock 方法用作读锁保护。

RWMutex 读写锁中的读锁和写锁关系如下：

• 在写锁处于锁定状态时，操作锁定读锁的 goroutine 会被阻塞。
• 在写锁处于锁定状态时，操作锁定写锁的 goroutine 会被阻塞。
• 在读锁处于锁定状态时，操作锁定写锁的 goroutine 会被阻塞。

但是，在读锁处于锁定状态时，操作锁定读锁的 goroutine 不会被阻塞。我们可以理解为读锁保护的临界区的共享资源，多个读操作可以同时执行。

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总结

本文我们介绍了 Golang 语言中的基本同步原语互斥锁和读写互斥锁使用时的注意事项，然后总结了二者的区别。读写互斥锁可以对临界区的共享资源做更加细粒度的访问控制，在读锁持有锁时，其他操作读锁的 goroutine 不被被阻塞，（也就是说不限制对临界区的共享资源的并发读）所以在读多写少的场景，我们可以使用读写互斥锁替代互斥锁，提升应用程序的性能。

推荐阅读：

Golang 语言的编程技巧之变量

Golang 语言中的非类型安全指针

参考资料：

https://golang.org/doc/effective_go#concurrency 

https://golang.org/pkg/sync/#Mutex 

https://golang.org/pkg/sync/#RWMutex