Go TryLock实现
Go标准库的sync/Mutex、RWMutex实现了sync/Locker接口， 提供了Lock()和UnLock()方法，可以获取锁和释放锁，我们可以方便的使用它来控制我们对共享资源的并发控制上。
但是标准库中的Mutex.Lock的锁被获取后，如果在未释放之前再调用Lock则会被阻塞住，这种设计在有些情况下可能不能满足我的需求。有时候我们想尝试获取锁，如果获取到了，没问题继续执行，如果获取不到，我们不想阻塞住，而是去调用其它的逻辑，这个时候我们就想要TryLock方法了。
使用 unsafe 操作指针
如果你查看sync/Mutex的代码，会发现Mutext的数据结构如下所示：
type Mutex struct {
state int32
sema uint32
}
它使用state这个32位的整数来标记锁的占用，所以我们可以使用CAS来尝试获取锁。
代码实现如下：
const mutexLocked = 1 << iota
type Mutex struct {
sync.Mutex
}
func (m *Mutex) TryLock() bool {
return atomic.CompareAndSwapInt32((*int32)(unsafe.Pointer(&m.Mutex)), 0, mutexLocked)
}
使用起来和标准库的Mutex用法一样。
func main() {
var m Mutex
m.Lock()
go func() {
m.Lock()
}()
time.Sleep(time.Second)
fmt.Printf("TryLock: %t\n", m.TryLock()) //false
fmt.Printf("TryLock: %t\n", m.TryLock()) // false
m.Unlock()
fmt.Printf("TryLock: %t\n", m.TryLock()) //true
fmt.Printf("TryLock: %t\n", m.TryLock()) //false
m.Unlock()
fmt.Printf("TryLock: %t\n", m.TryLock()) //true
m.Unlock()
}
注意TryLock不是检查锁的状态，而是尝试获取锁，所以TryLock返回true的时候事实上这个锁已经被获取了。
实现自旋锁
上面一节给了我们启发，利用 uint32和CAS操作我们可以一个自定义的锁:
type SpinLock struct {
f uint32
}
func (sl *SpinLock) Lock() {
for !sl.TryLock() {
runtime.Gosched()
}
}
func (sl *SpinLock) Unlock() {
atomic.StoreUint32(&sl.f, 0)
}
func (sl *SpinLock) TryLock() bool {
return atomic.CompareAndSwapUint32(&sl.f, 0, 1)
}
整体来看，它好像是标准库的一个精简版，没有休眠和唤醒的功能。
当然这个自旋锁可以在大并发的情况下CPU的占用率可能比较高，这是因为它的Lock方法使用了自旋的方式，如果别人没有释放锁，这个循环会一直执行，速度可能更快但CPU占用率高。
当然这个版本还可以进一步的优化，尤其是在复制的时候。下面是一个优化的版本:
type spinLock uint32
func (sl *spinLock) Lock() {
for !atomic.CompareAndSwapUint32((*uint32)(sl), 0, 1) {
runtime.Gosched() //without this it locks up on GOMAXPROCS > 1
}
}
func (sl *spinLock) Unlock() {
atomic.StoreUint32((*uint32)(sl), 0)
}
func (sl *spinLock) TryLock() bool {
return atomic.CompareAndSwapUint32((*uint32)(sl), 0, 1)
}
func SpinLock() sync.Locker {
var lock spinLock
return &lock
}
使用 channel 实现
另一种方式是使用channel:
type ChanMutex chan struct{}
func (m *ChanMutex) Lock() {
ch := (chan struct{})(*m)
ch <- struct{}{}
}
func (m *ChanMutex) Unlock() {
ch := (chan struct{})(*m)
select {
case <-ch:
default:
panic("unlock of unlocked mutex")
}
}
func (m *ChanMutex) TryLock() bool {
ch := (chan struct{})(*m)
select {
case ch <- struct{}{}:
return true
default:
}
return false
}
有兴趣的同学可以关注我的同事写的库 lrita/gosync。
性能比较
首先看看上面三种方式和标准库中的Mutex、RWMutex的Lock和Unlock的性能比较：
BenchmarkMutex_LockUnlock-4 100000000 16.8 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkRWMutex_LockUnlock-4 50000000 36.8 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkUnsafeMutex_LockUnlock-4 100000000 16.8 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkChannMutex_LockUnlock-4 20000000 65.6 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkSpinLock_LockUnlock-4 100000000 18.6 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
可以看到单线程(goroutine)的情况下 spinlock并没有比标准库好多少，反而差一点,并发测试的情况比较好，如下表中显示，这是符合预期的。
unsafe方式和标准库差不多。
channel方式的性能就比较差了。
BenchmarkMutex_LockUnlock_C-4 20000000 75.3 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkRWMutex_LockUnlock_C-4 20000000 100 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkUnsafeMutex_LockUnlock_C-4 20000000 75.3 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkChannMutex_LockUnlock_C-4 10000000 231 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkSpinLock_LockUnlock_C-4 50000000 32.3 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
再看看三种实现TryLock方法的锁的性能：
BenchmarkUnsafeMutex_Trylock-4 50000000 34.0 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkChannMutex_Trylock-4 20000000 83.8 ns/op 0 B/op 0 allocs/op
BenchmarkSpinLock_Trylock-4 50000000 30.9 ns/op 0 B/op 0 allocs/op