Go 语言使用标准库 sync 包的 mutex 互斥锁解决数据静态

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介绍

在 Go 语言中，Go 标准库 sync 包中有一个单独的 Mutex 类型，它支持互斥锁模式。Mutex 类型的 Lock 方法用于获取 token，Unlock 方法用于释放 token。

定义的 Mutex 类型的变量称为互斥量，用来保护共享变量（临界区）。被互斥量保护的变量声明应该紧接在互斥量的声明之后。

为了防止未执行 Unlock 方法，通常在 Lock 方法后，使用 defer 语句调用 Unlock 方法。

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基本使用

在 Go 语言中，Go 标准库 sync 包提供了一系列锁相关的同步原语，sync 包还定义了一个 Locker 接口，并且 Mutex 就实现了 Locker 接口。

通过代码，可以看出 Go 标准库 sync 包定义的 Locker 接口非常简单，只有一个锁请求 Lock 方法和一个锁释放 Unlock 方法。

在 Go 语言项目开发中，Locker 接口使用的并不多，我们一般会直接使用具体的同步原语，比如 Mutex。

下面通过代码示例，演示 Mutex 的基本使用。

在演示 Mutex 之前，我们先列举一个反例，了解 Go 语言的读者应该知道，在 Go 语言中实现并发非常简单，只需要在函数前面加上一个 go 关键字，我们通过一个并发计数的示例，先来演示一下在不使用 Mutex 互斥锁时，go 并发计数的结果是什么。

示例代码中，我们先不使用 Mutex 互斥锁，定义一个 count 变量，通过 10 个 goroutine （协程）并发给 count 变量累加 100000 次，通过运行 go run main.go，发现结果并不是预想的结果 1000000（100万）。

原因其实很简单，因为 count++ 并不是一个原子性操作，它至少包含以下 3 个步骤，1 是读取 count 变量的值，2 是将 count 变量的值加 1，3 是将加 1 的值赋给 count 变量。这 3 个步骤因为不是原子性操作，所以就会出现并发问题，比如 goroutine1 和 goroutine2 同时读取到 count 变量的值为 10，这两个 goroutine 都按照自己读取到的 count 变量的值加 1，count 变量的值变为 11，但是 count 变量的值实际应该是 12，这就是并发访问共享数据的常见错误，也就是我们常说的数据竞态。

不用担心，可以使用 Mutex 互斥锁解决数据竞态问题。我们已经知道，并发计数的共享变量是 count 变量，也就是说 count++ 变量是临界区，只要我们在临界区前后加上锁获取和锁释放，就可以解决数据竞态问题。

通过代码可以看出，我们只对代码进行了简单修改，声明一个 Mutex 类型的变量 mu，在临界区 count++ 前后加上了锁获取 mu.Lock() 和锁释放mu.Unlock()，运行修改后的代码，go run main.go，发现并发计数的结果变成了我们预想的结果 1000000（100万），解决了并发计数的数据竞态问题。

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实现原理

如果读者阅读过 Go 标准库 sync 包中的 Mutex 源码，一定会体会到 Go 语言作者精湛的软件设计思想。

在 Go1.9 版本开始，Go 作者给 Mutex 增加了「饥饿模式」，在正常模式中，等待的 goroutine 存放在一个先进先出的队列中，但是，新 goroutine 可以和等待队列中的队头 goroutine 竞争，并且有固定数量的最大竞争次数，一次没有竞争过，可以再次竞争，直到达到固定的最大竞争次数。等待队列中的队头 goroutine 如果没有竞争过新 goroutine，就会重新插入等待队列中的队头，如果等待队列中的队头 goroutine 没有竞争过多个新 goroutine（等待时间超过 1ms），正常模式就会转换为饥饿模式。

在饥饿模式中，新 goroutine 不再和等待队列中的队头 goroutine 竞争，新 goroutine 主动让出，并插入到等待队列的队尾。

如果持有锁的 goroutine 发现等待队列中已经没有其他等待的 goroutine 或者持有锁的 goroutine 本次等待时间小于 1ms，饥饿模式就会转换为正常模式。

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踩坑

在 Go 语言项目开发中，难免由于开发者的疏忽，忘掉 Lock 或 Unlock，导致锁不成对出现。

在忘掉 Unlock 的情况下，锁获取后永远不会得到释放，其他 goroutine 永远处于阻塞状态，永远获取不到锁。

在忘掉 Lock 的情况下，直接 Unlock 一个未加锁的 Mutex，会导致程序 panic。

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拓展使用

使用 Mutex 实现线程（goroutine）安全队列

在 Go 语言中，我们可以通过 Slice 实现一个队列，但是 Slice 实现的队列不是线程安全的，入队和出队会发生数据竞态，不用担心，我们可以使用 Mutex 的锁机制，在入队和出队的时候加上锁保护，保证线程安全。

示例代码：

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总结

文章开头先是简单介绍了 Go 语言标准库 sync 包的 Mutex 类型，然后通过并发计数的示例代码演示了 Mutex 互斥锁的基本使用。文章还简单介绍了 Mutex 的实现原理和在项目开发中容易踩到的「坑」，最后通过实现一个线程安全的队列，演示了 Mutex 拓展使用的案例。

文章中的代码完整版本，请点击「阅读原文」，在 Github 中阅读。

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