golang互斥锁和读写锁底层实现

互斥锁和读写锁是Golang中常用的并发控制机制，它们都提供了一种方式来保护共享资源的访问。虽然它们的目的相似，但底层实现却有一些差异。在本文中，我们将深入探讨Golang中互斥锁和读写锁的底层实现机制。

互斥锁的底层实现

互斥锁使用最简单的方式来保护共享资源的访问：当一个goroutine持有互斥锁时，其他goroutine必须等待该锁释放才能执行对共享资源的访问。底层实现是通过操作系统的原子指令来实现的。

在Golang的runtime包中，互斥锁的结构体定义如下：

type Mutex struct {
    state int32
    sema  uint32
}

state字段表示互斥锁的状态，可以是0（表示未加锁）或者1（表示已加锁）。sema字段是一个信号量，用于在多个goroutine之间进行协调。

当一个goroutine需要加锁时，它会首先检查state字段的值。如果state为0，则将其设置为1，表示这个goroutine加锁成功。如果state为1，说明锁已经被其他goroutine持有，那么这个goroutine就需要等待。为了避免资源竞争，等待的goroutine会阻塞在sema上，并将自己加入到等待队列中。

读写锁的底层实现

读写锁是一种更高级的并发控制机制，它允许多个goroutine同时读取共享资源，但在同一时间只允许一个goroutine进行写操作。读写锁的底层实现相对比较复杂，它结合了互斥锁和条件变量来实现。

Golang中读写锁的结构体定义如下：

type RWMutex struct {
    w           Mutex
    writerSem   uint32
    readerSem   uint32
    readerCount int32
    readerWait  int32
}

w字段是一个互斥锁，用于保护对写操作的互斥访问。writerSem和readerSem是两个信号量，用于实现多个goroutine之间的协调。readerCount字段表示当前持有读锁的goroutine的数量，readerWait字段表示正在等待读锁的goroutine的数量。

当一个goroutine需要获取读锁时，它会首先检查writerSem是否已经被持有。如果writerSem为0，说明有其他goroutine正在进行写操作，那么这个goroutine需要等待，通过readerWait字段将自己加入到等待队列中。如果writerSem为1，则该goroutine可以直接获取读锁，通过增加readerCount的数量来表示。

当一个goroutine需要获取写锁时，它会先尝试获取w字段所指向的互斥锁。如果w字段表示的互斥锁已经被其他goroutine持有，那么这个goroutine就需要等待。与获取读锁相似，等待的goroutine会通过writerSem字段将自己加入到等待队列中。当写锁被释放时，等待队列中的一个goroutine可以获取写锁并进行写操作。

互斥锁和读写锁的选择

互斥锁适用于对共享资源的访问很快会完成的情况。由于互斥锁在某一时刻只允许一个goroutine进行操作，所以它对于处理临界区代码的保护非常有效。然而，在多个goroutine同时对共享资源进行读取时，互斥锁的性能就会变差。

读写锁则适用于读多写少的场景。读写锁允许多个goroutine同时读取共享资源，提高了并发读取的性能。当多个goroutine同时读取时，读写锁使用了一种优化技术，在读操作完全并发的情况下，读锁的性能非常高效。然而，由于写操作需要获取互斥锁和条件变量的保护，所以写操作的性能相对较低。

综上所述，选择互斥锁还是读写锁要根据具体的场景而定。如果对共享资源的写操作较少，但读操作较多，那么使用读写锁能够提升程序的性能。如果临界区代码逻辑很简单且操作时间很短暂，那么选择互斥锁可能更为合适。