golang--Mutex

临界区和竞态

当某个资源可以被多个Go协程共同访问时，这个资源叫做共享资源。这段修改共享资源的代码称为临界区。当多个Go协程同时执行临界区的代码时，就有可能发生竞态。

比如下面的代码：

x = x + 1

上述代码的执行过程有三步：

• MOV AX,X，将x放到累加器
• INC AX ，在累加器中将x加1
• MOV X,AX，将结果赋值给x

我们假设 x 的初始值为 0。而协程 1 获取 x 的初始值，并计算 x + 1。而在协程 1 将计算值赋值给 x 之前，系统上下文切换到了协程 2。于是，协程 2 获取了 x 的初始值（依然为 0），并计算 x + 1。接着系统上下文又切换回了协程 1。现在，协程 1 将计算值 1 赋值给 x，因此 x 等于 1。然后，协程 2 继续开始执行，把计算值（依然是 1）复制给了 x，因此在所有协程执行完毕之后，x 都等于 1。

Mutex

Mutex的英文意思是“互斥”。Mutex 用于提供一种加锁机制（Locking Mechanism），可确保在某时刻只有一个协程在临界区运行，以防止出现竞态条件。

Mutex 定义了两个方法：Lock 和 Unlock。所有在 Lock 和 Unlock 之间的代码，都只能由一个 Go 协程执行，于是就可以避免竞态条件。

mutex.Lock()  
x = x + 1  
mutex.Unlock()

如果有一个 Go 协程已经持有了锁（Lock），当其他协程试图获得该锁时，这些协程会被阻塞，直到 Mutex 解除锁定为止。

竞态问题和Mutex

下面的第一个程序有竞态问题，而第二个程序使用Mutex修复了竞态问题。

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
)
var i = 0
func incresment(wg *sync.WaitGroup)  {
    i = i + 1
    wg.Done()
}
func main()  {
    var wg sync.WaitGroup
    for x := 0; x < 1000; x++{
        wg.Add(1)
        go incresment(&wg)
    }
    wg.Wait()
    fmt.Printf("result is %d", i)
}

上面的程序每次输出的结果都不相同，但是大部分时间都不是1000。

下面的程序使用Mutex修复了上述竞态问题。

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
)
var i = 0
func increment(wg *sync.WaitGroup, lock *sync.Mutex)  {
    lock.Lock()
    i = i + 1
    lock.Unlock()
    wg.Done()
}
func main()  {
    var wg sync.WaitGroup
    var lock sync.Mutex
    for x := 0; x < 1000; x++{
        wg.Add(1)
        go increment(&wg, &lock)
    }
    wg.Wait()
    fmt.Printf("result is %d", i)
}

上述程序每次输出均为1000。

需要注意的是，传递 Mutex 的地址很重要。如果传递的是 Mutex 的值，而非地址，那么每个协程都会得到 Mutex 的一份拷贝，竞态条件还是会发生。

使用信道处理竞态条件

还可以使用信道来处理竞态问题：

package main
import (
    "fmt"
    "sync"
)
var x = 0
func increment(wg *sync.WaitGroup, ch chan bool)  {
    ch <- true
    x = x + 1
    <- ch
    wg.Done()
}
func main()  {
    var wg sync.WaitGroup
    ch := make(chan bool, 1)
    for i := 0; i < 1000; i++{
        wg.Add(1)
        go increment(&wg, ch)
    }
    wg.Wait()
    fmt.Printf("result is %d", x)
}

因为缓冲信道的容量为1，所以当一个协程向信道中写入true之后没有读出时，其他线程不能向其中写入数据，就会被阻塞，从而达到同一时刻只有一个协程能够执行临界区代码。

Mutex VS 信道

对于这两种方式之间的选择，当 Go 协程需要与其他协程通信时，可以使用信道。而当只允许一个协程访问临界区时，可以使用 Mutex。