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  • 互斥锁读写锁使用

    2017-11-28 20:51:24
    概述sync.Mutex和sync.RWMutex是Go语言底层基础对象...使用场景举例:1.多个协程操作同一个文件 2.生产者消费者模型 具体实例我就以最简单的打印方式说明 代码互斥锁 func print(t *testing.T, i int, wg *sync.WaitG

    概述

    sync.Mutex和sync.RWMutex是Go语言底层基础对象,用于构建多个goroutine间的同步逻辑,当多个协程需要对共享数据读写时用到。具体实现极为简洁,性能也有保证。
    

    使用场景

    举例:1.多个协程操作同一个文件 2.生产者消费者模型 
        具体实例我就以最简单的打印方式说明
    

    代码

    互斥锁
    func print(t *testing.T, i int, wg *sync.WaitGroup, mutex *sync.Mutex) {
        // mutex.Lock()
        t.Logf("routine i=%d start!", i)
        time.Sleep(time.Millisecond * 10)
        t.Logf("routine i=%d end!", i)
        wg.Done()
        // mutex.Unlock()
    }
    
    func TestSync(t *testing.T) {
        runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU())
        var wg = new(sync.WaitGroup)
        var mutex = &sync.Mutex{}
    
        for i := 0; i < 2; i++ {
            wg.Add(1)
            go print(t, i, wg, mutex)
        }
        wg.Wait()
    }
    
    这是go的测试用例,并没有用main函数来执行,go的源码里面很多都是以这种形式写的测试用例。
    这里需要说明一下,go的协程需要达到真正的并发,需要加上runtime.GOMAXPROCS(runtime.NumCPU()),
    
    print函数里面mutex.Lock()注释了,打印的结果是
            sync_test.go:12: routine i=0 start!
            sync_test.go:12: routine i=1 start!
            sync_test.go:14: routine i=1 end!
            sync_test.go:14: routine i=0 end!
    协程0(暂且这么称呼)先执行print函数,但并没有先结束,我们看到协程1是先结束的,这个程序就有并发安全性的问题。如果需要解决这个问题,达到谁先进入公共代码区域,谁就先结束,只需要把print函数里面互斥锁Lock()和Unlock()打开即可,会看到如下打印信息。
            sync_test.go:12: routine i=0 start!
            sync_test.go:14: routine i=0 end!
            sync_test.go:12: routine i=1 start!
            sync_test.go:14: routine i=1 end!
    
    读写锁
    验证结论:如果一个协程在读,其他协程不可以写,其他协程可以读。如果一个协程在写,任何协程都不可以读和写
    首先验证多个读
    func TestReadLock(t *testing.T) {
        lock := new(sync.RWMutex)
        go Read(lock, 1) //多个协程随便读,并不锁住
        go Read(lock, 2)
        time.Sleep(time.Second * 4)
    }
    func Read(lock *sync.RWMutex, i int) {
        println(i, "read start")
        lock.RLock()//读锁定
        defer lock.RUnlock()//读解锁
    
        println(i, "reading")
        if i == 2 {
            time.Sleep(3 * time.Second)
        } else {
            time.Sleep(1 * time.Second)
        }
    
        println(i, "read end")
    }
    打印信息如下:
    1 read start
    2 read start
    1 reading
    2 reading
    1 read end
    2 read end
    我们可以看出,协程1在没有read完之前,协程2还是可以读的,即验证了可以有多个读
    
    这次来验证第二个结论,有一个协程在读,另个协程能不能写呢?
    func TestWriteLock(t *testing.T) {
        lock := new(sync.RWMutex)
        go Read(lock, 2)
        go Read(lock, 4)
        // time.Sleep(1 * time.Second)
        go Write(lock, 1) //如果在读,不可以写,可以读,如果在写,不可以写,不可以读
    
        go Write(lock, 3)
        time.Sleep(10 * time.Second)
    }
    
    func Read(lock *sync.RWMutex, i int) {
        println(i, "read start")
        lock.RLock()
        defer lock.RUnlock()
    
        println(i, "reading")
        if i == 2 {
            time.Sleep(3 * time.Second)
        } else {
            time.Sleep(1 * time.Second)
        }
    
        println(i, "read end")
    }
    
    func Write(lock *sync.RWMutex, i int) {
        println(i, "write start")
        lock.Lock()//写锁定
        defer lock.Unlock()//写解锁
        println(i, "writing")
        time.Sleep(1 * time.Second)
    
        println(i, "write end")
    }
    打印如下:
    2 read start
    2 reading
    3 write start
    1 write start
    4 read start
    2 read end
    3 writing
    3 write end
    4 reading
    4 read end
    1 writing
    1 write end
    我们看到,协程2号线进入读,协程3号写开始,但并没有writing,而是等到协程2read end之后才开始writing,协程2号在读的时候,协程4号开始读,但由于协程3号是在协程2号之后进入write start,所以协程2read end后是协程3号writing,直到结束,协程4号开始reading
    
    接下来验证最后一个结论
    我们把TestWriteLock函数里面的Write协程放到前面
    func TestWriteLock(t *testing.T) {
        lock := new(sync.RWMutex)
        go Write(lock, 1) //如果在读,不可以写,可以读,如果在写,不可以写,不可以读
        go Write(lock, 3)
        go Read(lock, 2)
        go Read(lock, 4)
        time.Sleep(10 * time.Second)
    }
    
    打印信息如下:
    1 write start
    1 writing
    4 read start
    2 read start
    3 write start
    1 write end
    2 reading
    4 reading
    4 read end
    2 read end
    3 writing
    3 write end
    
    好了,我们已经验证了我们最开始的结论,是不是很简单。
    展开全文
  • golang互斥锁读写锁

    2018-07-27 21:42:07
    golang中sync包实现了两种锁Mutex (互斥锁)和RWMutex(读写锁),其中RWMutex是基于Mutex实现的,只读锁的实现使用类似引用计数器的功能. 1、互斥锁 其中Mutex为互斥锁,Lock()加锁,Unlock()解锁,使用Lock()...

    golang中sync包实现了两种锁Mutex (互斥锁)和RWMutex(读写锁),其中RWMutex是基于Mutex实现的,只读锁的实现使用类似引用计数器的功能.

    1、互斥锁

    其中Mutex为互斥锁,Lock()加锁,Unlock()解锁,使用Lock()加锁后,便不能再次对其进行加锁,直到利用Unlock()解锁对其解锁后,才能再次加锁.适用于读写不确定场景,即读写次数没有明显的区别,并且只允许只有一个读或者写的场景,所以该锁叶叫做全局锁。

    func (m *Mutex) Unlock()用于解锁m,如果在使用Unlock()前未加锁,就会引起一个运行错误.已经锁定的Mutex并不与特定的goroutine相关联,这样可以利用一个goroutine对其加锁,再利用其他goroutine对其解锁。

    互斥锁只能锁定一次,当在解锁之前再次进行加锁,便会死锁状态,如果在加锁前解锁,便会报错“panic: sync: unlock of unlocked mutex”

     

    2、读写锁

    RWMutex是一个读写锁,该锁可以加多个读锁或者一个写锁,其经常用于读次数远远多于写次数的场景.

    func (rw *RWMutex) Lock()  写锁,如果在添加写锁之前已经有其他的读锁和写锁,则lock就会阻塞直到该锁可用,为确保该锁最终可用,已阻塞的 Lock 调用会从获得的锁中排除新的读取器,即写锁权限高于读锁,有写锁时优先进行写锁定
    func (rw *RWMutex) Unlock() 写锁解锁,如果没有进行写锁定,则就会引起一个运行时错误

    func (rw *RWMutex) RLock() 读锁,当有写锁时,无法加载读锁,当只有读锁或者没有锁时,可以加载读锁,读锁可以加载多个,所以适用于"读多写少"的场景

    func (rw *RWMutex)RUnlock() 读锁解锁,RUnlock 撤销单次RLock 调用,它对于其它同时存在的读取器则没有效果。若 rw 并没有为读取而锁定,调用 RUnlock 就会引发一个运行时错误(注:这种说法在go1.3版本中是不对的,例如下面这个例子)。

    读写锁的写锁只能锁定一次,解锁前不能多次锁定,读锁可以多次,但读解锁次数最多只能比读锁次数多一次,一般情况下我们不建议读解锁次数多余读锁次数

    展开全文
  • 一. 整体介绍 温馨提示:内核模式,在不到万不得已的情况下,不要使用它,因为代价太大了,有很多种替代方案。  内核模式包括: ... 使用场景:可以用此实现多线程环境下某个变量的自增....

    一. 整体介绍

    温馨提示:内核模式锁,在不到万不得已的情况下,不要使用它,因为代价太大了,有很多种替代方案。

      内核模式锁包括:

        ①:事件锁

        ②:信号量

        ③:互斥锁

        ④:读写锁

        ⑤:动态锁

     

    二. 事件锁

     事件锁包括:

    A. 自动事件锁(AutoResetEvent)

      使用场景:可以用此锁实现多线程环境下某个变量的自增.

      现实场景: 进站火车闸机,我们用火车票来实现进站操作.

      true: 表示终止状态,闸机中没有火车票

      false: 表示非终止状态,闸机中此时有一张火车票

    B.手动事件锁(ManualResetEvent)

      现实场景:有人看守的铁道栅栏(和自动事件锁不一样,不能混用)

      true: 栅栏没有合围,没有阻止行人通过铁路

      false:栅栏合围了, 阻止行人通过

    * 下面案例发现,锁不住,自增仍然是无序的输出了.

    * 核心方法:WaitOne和Set

     代码实践-自动事件锁:

     

     1  static AutoResetEvent autoResetLock1 = new AutoResetEvent(true);
     2  static AutoResetEvent autoResetLock2 = new AutoResetEvent(false);
     3  static int num2 = 0;
     4  {
     5                 //1. 能输出
     6                 {
     7                     autoResetLock1.WaitOne();
     8                     Console.WriteLine("autoResetLock1检验通过,可以通行");
     9                     autoResetLock1.Set();
    10                 }
    11 
    12                 //2. 不能输出
    13                 {
    14                     autoResetLock2.WaitOne();
    15                     Console.WriteLine("autoResetLock2检验通过,可以通行");
    16                     autoResetLock2.Set();
    17                 } 
    18 
    19                 //3.下面代码的结果:num从0-249,有序的发现可以锁住。
    20                 {
    21                     for (int i = 0; i < 5; i++)
    22                     {
    23                         Task.Factory.StartNew(() =>
    24                         {
    25                             for (int j = 0; j < 50; j++)
    26                             {
    27                                 try
    28                                 {
    29                                     autoResetLock1.WaitOne();
    30                                     Console.WriteLine(num2++);
    31                                     autoResetLock1.Set();
    32                                 }
    33                                 catch (Exception ex)
    34                                 {
    35                                     Console.WriteLine(ex.Message);
    36                                 }
    37 
    38                             }
    39                         });
    40                     }
    41                 }
    42             }

    复制代码

    代码实践-手动事件锁:

    复制代码

     1          static int num2 = 0;
     2          static ManualResetEvent mreLock = new ManualResetEvent(true);
     3          //下面代码锁不住,仍然是无序的输出了
     4                 {
     5                     for (int i = 0; i < 5; i++)
     6                     {
     7                         Task.Factory.StartNew(() =>
     8                         {
     9                             for (int j = 0; j < 50; j++)
    10                             {
    11                                 try
    12                                 {
    13                                     mreLock.WaitOne();
    14                                     Console.WriteLine(num2++);
    15                                     mreLock.Set();
    16                                 }
    17                                 catch (Exception ex)
    18                                 {
    19                                     Console.WriteLine(ex.Message);
    20                                 }
    21 
    22                             }
    23                         });
    24                     }
    25                 }

    复制代码

     

    三. 信号量

    信号量:

      * 核心类:Semaphore,通过int数值来控制线程个数。

      * 通过观察构造函数 public Semaphore(int initialCount, int maximumCount);:

      * initialCount: 可以同时授予的信号量的初始请求数。

      * maximumCount: 可以同时授予的信号量的最大请求数。

      * static Semaphore seLock = new Semaphore(1, 1); //表示只允许一个线程通过

    * 下面的案例可以有序的输出。

    * 核心方法:WaitOne和Release

     代码实践:

    复制代码

     1              static Semaphore seLock = new Semaphore(1, 1); //只允许一个线程通过 
     2                 //下面代码锁住了,可以有序的输出
     3                 {
     4                     for (int i = 0; i < 5; i++)
     5                     {
     6                         Task.Factory.StartNew(() =>
     7                         {
     8                             for (int j = 0; j < 50; j++)
     9                             {
    10                                 try
    11                                 {
    12                                     seLock.WaitOne();
    13                                     Console.WriteLine(num2++);
    14                                     seLock.Release();
    15                                 }
    16                                 catch (Exception ex)
    17                                 {
    18                                     Console.WriteLine(ex.Message);
    19                                 }
    20 
    21                             }
    22                         });
    23                     }
    24                 }
    

    复制代码

     

    四. 互斥锁

    互斥锁:

      核心方法:WaitOne和ReleaseMutex

      下面案例可以锁住,有序输出

    总结以上三种类型的锁,都有一个WaitOne方法,观察源码可知,都继承于WaitHandle类。

     代码实践:

    复制代码

     1       static Mutex mutex = new Mutex();
     2         //下面代码锁住了,可以有序的输出
     3                 {
     4                     for (int i = 0; i < 5; i++)
     5                     {
     6                         Task.Factory.StartNew(() =>
     7                         {
     8                             for (int j = 0; j < 50; j++)
     9                             {
    10                                 try
    11                                 {
    12                                     mutex.WaitOne();
    13                                     Console.WriteLine(num2++);
    14                                     mutex.ReleaseMutex();
    15                                 }
    16                                 catch (Exception ex)
    17                                 {
    18                                     Console.WriteLine(ex.Message);
    19                                 }
    20 
    21                             }
    22                         });
    23                     }
    24                 }

    复制代码

     

    五. 读写锁

      读写锁(ReaderWriterLock):

      背景:多个线程读,一个线程写,如果写入的时间太久,此时读的线程会被卡死,这个时候就要用到读写锁了。

      锁读的两个核心方法:AcquireReaderLock和ReleaseReaderLock。

      锁写的两个核心方法:AcquireWriterLock和ReleaseWriterLock。

     代码实践:

    复制代码

     1        static ReaderWriterLock rwlock = new ReaderWriterLock();
     2         private void button24_Click(object sender, EventArgs e)
     3         {
     4             #region 01-读写锁
     5             {
     6                 //开启5个线程执行读操作
     7                 for (int i = 0; i < 5; i++)
     8                 {
     9                     Task.Run(() =>
    10                     {
    11                         Read();
    12                     });
    13                 }
    14                 //开启1个线程执行写操作
    15                 Task.Factory.StartNew(() =>
    16                 {
    17                     Write();
    18                 });
    19             }
    20             #endregion
    21 
    22         }
    23         /// <summary>
    24         /// 线程读
    25         /// </summary>
    26         static void Read()
    27         {
    28             while (true)
    29             {
    30                 Thread.Sleep(10);
    31                 rwlock.AcquireReaderLock(int.MaxValue);
    32                 Console.WriteLine("当前 t={0} 进行读取 {1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, DateTime.Now);
    33                 rwlock.ReleaseReaderLock();
    34             }
    35         }
    36         /// <summary>
    37         /// 线程写
    38         /// </summary>
    39         static void Write()
    40         {
    41             while (true)
    42             {
    43                 Thread.Sleep(300);
    44                 rwlock.AcquireWriterLock(int.MaxValue);
    45                 Console.WriteLine("当前 t={0} 进行写入 {1}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, DateTime.Now);
    46                 rwlock.ReleaseWriterLock();
    47             }
    48         }

    复制代码

     

    六. 动态锁

    动态锁(CountdownEvent):

      * 作用:限制线程数的一个机制。

      * 业务场景:有Orders、Products、Users表,我们需要多个线程从某一张表中读取数据。

      * 比如:Order表10w,10个线程读取。(每个线程读1w)

           Product表5w,5个线程读取。(每个线程读1w)

             User表2w,2个线程读取。(每个线程读1w)

    三个核心方法:

      ①.Reset方法:重置当前的线程数量上限。(初始化的时候,默认设置一个上限)

      ②.Signal方法:将当前的线程数量执行减1操作。(使用一个thread,这个线程数量就会减1操作,直到为0后,继续下一步)

      ③.Wait方法:相当于我们的Task.WaitAll方法。

    代码实践:

    复制代码

     1  //初始化线程数量上限为10.
     2         static CountdownEvent cdLock = new CountdownEvent(10);
     3         private void button25_Click(object sender, EventArgs e)
     4         {
     5             //加载Orders搞定
     6             cdLock.Reset(10);
     7             for (int i = 0; i < 10; i++)
     8             {
     9                 Task.Factory.StartNew(() =>
    10                 {
    11                     LoadOrder();
    12                 });
    13             }
    14             cdLock.Wait();
    15             Console.WriteLine("所有的Orders都加载完毕。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。");
    16 
    17             //加载Product搞定
    18             cdLock.Reset(5);
    19             for (int i = 0; i < 5; i++)
    20             {
    21                 Task.Run(() =>
    22                 {
    23                     LoadProduct();
    24                 });
    25             }
    26             cdLock.Wait();
    27             Console.WriteLine("所有的Products都加载完毕。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。");
    28 
    29             //加载Users搞定
    30             cdLock.Reset(2);
    31             for (int i = 0; i < 2; i++)
    32             {
    33                 Task.Factory.StartNew(() =>
    34                 {
    35                     LoadUser();
    36                 });
    37             }
    38             cdLock.Wait();
    39             Console.WriteLine("所有的Users都加载完毕。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。");
    40 
    41             Console.WriteLine("所有的表数据都执行结束了。。。恭喜恭喜。。。。");
    42             Console.Read();
    43         }
    44         static void LoadOrder()
    45         {
    46             //书写具体的业务逻辑
    47             Console.WriteLine("当前LoadOrder正在加载中。。。{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    48             //线程数量减1
    49             cdLock.Signal();
    50 
    51         }
    52         static void LoadProduct()
    53         {
    54             //书写具体的业务逻辑
    55             Console.WriteLine("当前LoadProduct正在加载中。。。{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    56             //线程数量减1
    57             cdLock.Signal();
    58         }
    59         static void LoadUser()
    60         {
    61             //书写具体的业务逻辑
    62             Console.WriteLine("当前LoadUser正在加载中。。。{0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    63             //线程数量减1
    64             cdLock.Signal();
    65         }
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  • 互斥锁:同一时刻只能有一个线程进入临界区,一个线程获取锁如果失败,则该线程进入睡眠状态,同一线程多次加锁会造成死锁。 使用场景: 1.持锁时间长 2临界区竞争非常激烈 3 单核处理器

    互斥锁:同一时刻只能有一个线程进入临界区,一个线程获取锁如果失败,则该线程进入睡眠状态,同一线程多次加锁会造成死锁。
    使用场景:
    1.持锁时间长
    2临界区竞争非常激烈
    3 单核处理器
    自旋锁:不会造成线程进入睡眠状态,线程会不断检测锁是否已经释放,减少了线程从睡眠到唤醒的内核开销。
    使用场景:
    1.锁使用者持锁时间短
    2多核处理器
    互斥锁原始开销比自旋锁大,但自旋锁会一直抢占cpu,持锁时间长,加锁开销越大。
    读写锁:顾名思义对读和写区分的锁,允许多个线程同时读,而写操作只能一个线程进行写,写模式锁优先于读模式锁。
    读写锁适用于读多写少的场景。

    线程同步:何时互斥锁不够,还需要条件变量?

    假设有共享的资源sum,与之相关联的mutex 是lock_s.假设每个线程对sum的操作很简单的,与sum的状态无关,比如只是sum++.那么只用mutex足够了.程序员只要确保每个线程操作前,取得lock,然后sum++,再unlock即可.每个线程的代码将像这样
    add()
    {
    pthread_mutex_lock(lock_s);
    sum++;
    pthread_mutex_unlock(lock_s);
    }

      如果操作比较复杂,假设线程t0,t1,t2的操作是sum++,而线程t3则是在sum到达100的时候,打印出一条信息,并对sum清零. 这种情况下,如果只用mutex, 则t3需要一个循环,每个循环里先取得lock_s,然后检查sum的状态,如果sum>=100,则打印并清零,然后unlock.如果sum& amp; lt;100,则unlock,并sleep()本线程合适的一段时间.

     这个时候,t0,t1,t2的代码不变,t3的代码如下
    print()
    {
    while (1)
    {
    pthread_mutex_lock(lock_s);
    if(sum<100)
    {
    printf(“sum reach 100!”);
    pthread_mutex_unlock(lock_s);
    }
    else
    {
    pthread_mutex_unlock(lock_s);
    my_thread_sleep(100);
    return OK;
    }
    }
    }

    这种办法有两个问题
    1) sum在大多数情况下不会到达100,那么对t3的代码来说,大多数情况下,走的是else分支,只是lock和unlock,然后sleep().这浪费了CPU处理时间.
    2) 为了节省CPU处理时间,t3会在探测到sum没到达100的时候sleep()一段时间.这样却又带来另外一个问题,亦即t3响应速度下降.可能在sum到达200的时候,t4才会醒过来.
    3) 这样,程序员在设置sleep()时间的时候陷入两难境地,设置得太短了节省不了资源,太长了又降低响应速度.真是难办啊!

      这个时候,condition variable内裤外穿,从天而降,拯救了焦头烂额的你.

      你首先定义一个condition variable.
    pthread_cond_t cond_sum_ready=PTHREAD_COND_INITIALIZER;

      t0,t1,t2的代码只要后面加两行,像这样
    add()
    {
    pthread_mutex_lock(lock_s);
    sum++;
    pthread_mutex_unlock(lock_s);
    if(sum>=100)
    pthread_cond_signal(&cond_sum_ready);
    }
    而t3的代码则是
    print
    {
    pthread_mutex_lock(lock_s);
    while(sum<100)
    pthread_cond_wait(&cond_sum_ready, &lock_s);
    printf(“sum is over 100!”);
    sum=0;
    pthread_mutex_unlock(lock_s);
    return OK;
    }

    注意两点:
    1) 在thread_cond_wait()之前,必须先lock相关联的mutex, 因为假如目标条件未满足,pthread_cond_wait()实际上会unlock该mutex, 然后block,在目标条件满足后再重新lock该mutex, 然后返回.
    2) 为什么是while(sum<100),而不是if(sum<100) ?这是因为在pthread_cond_signal()和pthread_cond_wait()返回之间,有时间差,假设在这个时间差内,还有另外一个线程t4又把sum减少到100以下了,那么t3在pthread_cond_wait()返回之后,显然应该再检查一遍sum的大小.这就是用 while的用意

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互斥锁读写锁使用场景