Golang的特性三（互斥锁）----sync.Mutex包的用法

1. sync.Mutex 的实现原理

• 概念
  sync.Mutex 是 Go 语言标准库中用于实现互斥锁的类型，用于保护共享资源，确保在同一时刻只有一个 goroutine 可以访问被保护的资源。
  sync.Mutex是一个结构体对象，适用于读写不确定的场景（即读写次数没有明显区别，且只允许有一个读或写的场景），该锁也称为全局锁。
  
• 内部状态
  　- sync.Mutex 内部有一个 state 字段，用于表示锁的状态。这个状态使用位操作来表示不同的信息，包括锁是否被持有、是否有等待的 goroutine 等。
  　- 例如，低 1 位可能表示锁是否被持有，其他位可能表示等待队列的信息。
• 锁定操作（Lock 函数）
  　- 当调用 Lock 函数时，会尝试将 state 置为锁定状态。如果锁已经被其他 goroutine 持有，当前 goroutine 会进入等待状态，可能会被阻塞。
  　- 这通常涉及到自旋等待和排队等待两种机制。
  　- 自旋等待：在某些情况下，sync.Mutex 会先进行一定次数的自旋等待，尝试快速获取锁，避免立即进入阻塞状态，以提高性能。
  　- 排队等待：如果自旋等待失败，会将当前 goroutine 加入到等待队列中，等待唤醒。
• 解锁操作（Unlock 函数）：
  　- 当调用 Unlock 函数时，会将 state 置为未锁定状态，并唤醒等待队列中的一个 goroutine，让它可以获取锁。

2. 代码示例

package main
 
import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)
 
var (
    mu    sync.Mutex
    count int
)
 
func increment() {
    mu.Lock()
    count++
    mu.Unlock()
}
 
func main() {
    var wg sync.WaitGroup
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        wg.Add(1)
        go func() {
            defer wg.Done()
            increment()
        }()
    }
    wg.Wait()
    fmt.Println(count)
}

代码解释:

• 变量声明：
  　- mu 是 sync.Mutex 类型的互斥锁，用于保护 count 变量。
  　- count 是一个共享变量，多个 goroutine 会对其进行操作。
• increment 函数：
  　- 在 increment 函数中，首先调用 mu.Lock() 来获取锁，确保在操作 count 时不会有其他 goroutine 同时操作。
  　- 然后对 count 进行加 1 操作。
  　- 最后调用 mu.Unlock() 释放锁，让其他 goroutine 可以获取锁并操作 count。
• main 函数：
  　- 使用 sync.WaitGroup 来等待所有的 goroutine 完成。
  　- 启动 1000 个 goroutine，每个 goroutine 调用 increment 函数
  总结
• 通过以上代码运行我们发现当加了互斥锁之后，代码每次都会输出1000，这是因为无论我们会开多少个协程count值都会依次加1直到循环完成，而且每个groutine必须等锁释放之后才能操作count值，所以值就是循环的次数。
• 当我们把互斥锁代码注释掉后，我们会发现输出的结果值不固定而且都小于1000，这是因为多个 goroutine 同时并发地访问和修改 count，导致了数据竞争（Race Condition），在并发环境下，如果没有锁的保护，多个 goroutine 可能会同时读取 count 的旧值并进行加 1 操作，导致部分加 1 操作被覆盖，最终结果小于预期值。

3. 使用 sync.Mutex 的注意事项

正确的锁操作顺序

• 确保在修改共享资源之前获取锁，在修改完成后释放锁。
• 避免在持有锁的情况下进行长时间的操作或可能阻塞的操作，如 I/O 操作，这可能导致其他 goroutine 长时间等待。

避免死锁：

• 确保锁的获取和释放顺序是一致的，避免出现循环等待的情况。
• 避免在已经持有锁的情况下再次获取锁，除非使用 sync.RWMutex 的 RLock 等功能。

性能考虑：

• 对于频繁访问的共享资源，使用 sync.Mutex 可以保证数据一致性，但会带来一定的性能开销。
  以下是一个可能导致死锁的错误示例：

  func wrongLock() {
      mu.Lock()
      defer mu.Lock() 
      // 错误：这里应该是 mu.Unlock()
      count++
  }

  在这个错误示例中，defer 语句错误地再次调用了 Lock 而不是 Unlock，导致死锁。