Golang 基于共享变量的并发锁

一、互斥锁

先看一个并发情况,同时操作一个全局变量,如果没有锁会怎么样

假设有1000个goroutines并发进行银行余额的扣除,每次都扣除10元,起始的总余额是10000,理论上并发执行完应该是0对不对,但实际却不是

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var balance uint = 10000

func withdraw(amount uint) {
	balance = balance - amount
	fmt.Println("剩余存款:", balance)
	defer wg.Done()
}

func getBalance() uint {
	return balance
}

func main() {
	for i := 1; i <= 1000; i++ {
		wg.Add(1)
		go withdraw(10)
	}

	wg.Wait()
	fmt.Println(getBalance())
}

得到的结果如下:

这时候就需要引入一个锁来保护balance全局变量,在并发goroutines执行的情况下,防止其他goroutines获取到balance变量进行操作(其他goroutines会处于等待锁的状态)

import (
	"fmt"
	"sync"
)

var balance uint = 10000
var mu sync.Mutex
var wg sync.WaitGroup

func withdraw(amount uint) {
	//如果其它的goroutine已经获得了这个锁的话,这个操作会被阻塞直到其它goroutine调用了Unlock使该锁变回可用状态。mutex会保护共享变量。
	mu.Lock()                       ******************* 增加锁 **********************
	balance = balance - amount
	fmt.Println("剩余存款:", balance)
	mu.Unlock()                     ******************* 释放锁 **********************
	defer wg.Done()
}

func getBalance() uint {
	return balance
}

func main() {
	for i := 1; i <= 1000; i++ {
		wg.Add(1)
		go withdraw(10)
	}

	wg.Wait()
	fmt.Println(getBalance())
}

得到的结果如下:

二、读写锁

RWMutex,即读写互斥锁,适用于读操作远远多于写操作的场景,当多个goroutine需要频繁地读取某个共享资源,而写入操作相对较少时,使用RWMutex可以提高并发性能。

func getBalance() uint {
	rwMu.RLock()               *********  加锁读取 ********
	defer rwMu.RUnlock()       ********* 返回释放锁 ********
	return balance
}

原理:RWMutex允许多个goroutine同时获取读锁(RLock),进行并发读操作,而写锁(Lock)则是互斥的,同一时间只允许一个goroutine进行写操作。当一个goroutine获取读锁时,其他goroutine也可以继续获取读锁来读取数据,而不需要等待。只有当有goroutine尝试获取写锁时,读锁才会被阻塞,这样可以有效地提高并发读取的效率。

sync.RWMutex锁的设计就是为了优化读操作频繁的场景。它能够区分读锁(RLock)和写锁(Lock)

读锁(RLock):
当一个goroutine需要读取共享资源时,它会尝试获取读锁。如果当前没有其他goroutine持有写锁,那么它可以成功获取读锁,并且可以并发地读取数据。如果有其他goroutine已经持有读锁,新的读锁请求也会被允许,从而允许多个goroutine同时读取。

写锁(Lock):
当一个goroutine需要写入共享资源时,它会尝试获取写锁。在写锁被获取之前,所有的读锁和写锁请求都会被阻塞。这意味着,一旦有goroutine开始写操作,其他想要读取或写入的goroutine都必须等待,直到写操作完成并且写锁被释放。

锁的释放:
当一个goroutine完成读取或写入操作后,它会释放相应的锁。如果是读操作完成,它会释放读锁,这样其他正在等待的goroutine就可以获取读锁并开始读取。如果是写操作完成,它会释放写锁,这样其他正在等待的读锁或写锁请求就可以继续进行。

RWMutex的这种设计使得在读操作远多于写操作的情况下,可以提高程序的并发性能。因为多个goroutine可以同时读取,而不需要等待写操作完成,这样就减少了锁竞争,提高了整体的吞吐量。然而,需要注意的是,RWMutex并不是在所有情况下都能提高性能。如果写操作非常频繁,或者读写操作几乎同等频繁,使用RWMutex可能会导致性能下降,因为写操作会阻塞所有读锁和写锁的请求。在这种情况下,使用Mutex可能会更加合适。

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