【Go】sync.RWMutex源码分析

RWMutex

读写锁相较于互斥锁有更低的粒度，它允许并发读，因此在读操作明显多于写操作的场景下能减少锁竞争的次数，提高程序效率。

type RWMutex struct {w           Mutex  // held if there are pending writerswriterSem   uint32 // semaphore for writers to wait for completing readersreaderSem   uint32 // semaphore for readers to wait for completing writersreaderCount int32  // number of pending readersreaderWait  int32  // number of departing readers
}

RWMutex 结构体中包含五个字段，分别表示：

w: 复用互斥锁
writerSem 和 readerSem: 用于写等待读和读等待写的信号量
readerCount:
readerWait: 等待写锁释放的读者数量

读锁

RLock

当有 goroutine 写时，是不允许读的，这时会把 readerCount 设置为负，这时读 goroutine 应该被阻塞

func (rw *RWMutex) RLock() {if atomic.AddInt32(&rw.readerCount, 1) < 0 {// 阻塞读runtime_SemacquireMutex(&rw.readerSem, false, 0)}
}

RUnlock

读锁解锁时只需要将 readerCount - 1, 如果结果小于零，说明：

原来 readerCount == 0 || readerCount == -rwmutexMaxReaders, 对未加锁的对象执行了解锁操作
原来 readerCount < 0, 有正在执行的写操作

func (rw *RWMutex) RUnlock() {if r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -1); r < 0 {// Outlined slow-path to allow the fast-path to be inlinedrw.rUnlockSlow(r)}
}func (rw *RWMutex) rUnlockSlow(r int32) {if r+1 == 0 || r+1 == -rwmutexMaxReaders {race.Enable()throw("sync: RUnlock of unlocked RWMutex")}// 所有读操作结束后，触发写的写信号量if atomic.AddInt32(&rw.readerWait, -1) == 0 {// The last reader unblocks the writer.runtime_Semrelease(&rw.writerSem, false, 1)}
}

写锁

Lock

func (rw *RWMutex) Lock() {// 获取互斥写锁rw.w.Lock()// 阻塞读r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders) + rwmutexMaxReaders// 如果有人在读，需要等待读锁释放if r != 0 && atomic.AddInt32(&rw.readerWait, r) != 0 {// 阻塞等待读锁释放runtime_SemacquireMutex(&rw.writerSem, false, 0)}
}

Lock 会先通过互斥锁阻塞写操作，然后禁止读锁获取，等待已经持有读锁的 goroutine 释放读锁，这样可以避免连续的写操作使读陷入饥饿。

Unlock

func (rw *RWMutex) Unlock() {// 重新允许读锁获取r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, rwmutexMaxReaders)if r >= rwmutexMaxReaders {race.Enable()throw("sync: Unlock of unlocked RWMutex")}// 触发等待中的写锁的信号量for i := 0; i < int(r); i++ {runtime_Semrelease(&rw.readerSem, false, 0)}// 互斥锁解锁rw.w.Unlock()
}

总结

在极端情况下：

如果完全没有写，读锁加锁只是将 readerCount 加一，解锁只是将其减一，不存在锁竞争。
如果只有写，加锁和解锁都比互斥锁多了一个对 readerCount 取反操作

在一般情况下，读锁在获取锁前会检查 readerCount, 如果为负，说明有人在写，则进入阻塞状态，等待 readerSem 的信号，写锁获取锁在得到互斥锁后会先设置 readerCount 为负，阻止新的读者获取读锁，然后需要等待所有已经持有读锁的 goroutine 释放读锁，这里使用的是 readerWait ，当 readerCount 为负时，如果读锁被释放，该量就会减一，当 readerWait == 0 时，则说明所有在写锁获取之前获得的读锁都被释放了，最后一个释放的读锁会通过 writerSem 通知写对象。

写锁释放时，需要通过 readerSem 信号触发所有阻塞中的写对象。