2. sync.Mutex

2. sync.Mutex

Q: Mutex 的基本原理？

sync.Mutex 是一种互斥锁，保证同一时间只有一个goroutine能访问资源。底层是通过原子操作和信号量来实现的：

通过atomic的原子操作来实现加锁的逻辑
通过信号量来实现协程的阻塞和唤醒

结构定义：

type Mutex struct {
    state int32  // 表示锁定状态，前28位表示等待的协程个数，1位饥饿状态，1位唤醒状态，1位锁定状态
    sema  uint32 // 信号量
}

加锁流程：

无竞争时：state从0变为1（加锁）
有锁时：先尝试自旋，如果自旋超过次数就进入等待队列

解锁流程：

将锁定状态更改为没加锁状态
然后去唤醒一个goroutine

Q: Mutex有几种模式？

正常模式（默认）

性能优先：新请求锁的goroutine会和等待队列的第一个goroutine竞争
自旋优化：新来的goroutine会进行几次自旋，如果在自旋期间锁被释放了就可以直接获取锁，减少了协程挂起+唤醒的时间
高吞吐量：但可能导致等待队列的协程等待很久，不公平

饥饿模式

公平性优先：当一个goroutine在队列中等待超过1ms之后就会切换到这个模式
先来后到：主打一个先来后到，防止线程被饿死
切换回正常模式：当队列为空或者等待时间少于1ms之后又会切回到正常模式

// 正常模式示例
func normalMode() {
    var mu sync.Mutex
    var wg sync.WaitGroup
    
    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(id int) {
            defer wg.Done()
            mu.Lock()
            fmt.Printf("Goroutine %d got lock\n", id)
            time.Sleep(time.Millisecond * 10)
            mu.Unlock()
        }(i)
    }
    wg.Wait()
}

Q: Mutex自旋会占用太多资源吗？

不会，mutex自旋是有次数和时间限制的：

有限制的自旋：并不是每次都会自旋，会根据等待队列中的goroutine等待时间进行切换
适用场景：主要是在竞争不激烈的情况下会进入这种模式，自旋和线程挂起+唤起相比会节省开销
自旋条件：
- 锁已被占用，并且锁不处于饥饿模式
- 积累的自旋次数小于最大自旋次数（active_spin=4）
- cpu核数大于1
- 有空闲的P
- 当前goroutine所挂载的P下，本地待运行队列为空

使用示例

type Counter struct {
    mu    sync.Mutex
    value int
}

func (c *Counter) Increment() {
    c.mu.Lock()
    defer c.mu.Unlock()
    c.value++
}

func (c *Counter) Value() int {
    c.mu.Lock()
    defer c.mu.Unlock()
    return c.value
}

注意事项：

Mutex不可重入，同一个goroutine重复加锁会死锁
不要拷贝已使用的Mutex
解锁一个未加锁的Mutex会panic