GO中公平锁和非公平锁的具体使用
公平锁和非公平锁是计算机科学中的两种锁机制,它们主要用于多线程编程,以控制对共享资源的访问。
一、公平锁 (Fair Lock)
1. 概念
公平锁是一种按照请求顺序授予锁的机制,即先请求锁的线程会先获得锁,后请求锁的线程会后获得锁。这种锁通过维护一个队列来管理等待的线程,确保每个线程都能公平地获取到锁。
2. 优点
- 避免饥饿:所有线程都有机会获得锁,不会出现某些线程长期得不到锁的情况。
- 可预测性:锁的获取是按顺序进行的,具有较好的可预测性。
3. 缺点
- 性能开销:由于需要维护一个队列,公平锁在管理上有一定的性能开销。
- 上下文切换增加:由于公平锁可能需要频繁地切换线程,导致上下文切换的次数增加,影响性能。
二、非公平锁 (Unfair Lock)
1. 概念
非公平锁是一种不按照请求顺序授予锁的机制,即任何线程都有可能在任何时候获得锁,而不考虑请求顺序。这种锁通常会优先考虑当前已经持有锁的线程,以提高系统的吞吐量。
2. 优点
- 高性能:由于没有队列管理的开销,非公平锁通常性能较高,特别是在高并发场景下。
- 减少上下文切换:非公平锁可以减少线程之间的上下文切换,提升效率。
3. 缺点
- 可能导致饥饿:某些线程可能长时间得不到锁,导致线程饥饿。
- 不可预测性:锁的获取是随机的,具有较低的可预测性。
三、Go语言中的实现
Go语言中的锁主要通过sync
包提供,常用的锁有Mutex
(互斥锁)和RWMutex
(读写互斥锁)。Go的sync.Mutex
默认实现的是一种非公平锁,但也可以实现公平锁。
1. 非公平锁的实现
Go标准库中的sync.Mutex
是非公平锁的实现。它的主要结构和实现方式如下:
type Mutex struct { state int32 sema uint32 } func (m *Mutex) Lock() { // 快速路径:尝试直接获取锁 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, 1) { return } // 慢速路径:获取不到锁时,调用lockSlow方法 m.lockSlow() } func (m *Mutex) Unlock() { // 快速路径:尝试直接释放锁 if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 1, 0) { return } // 慢速路径:释放锁时,调用unlockSlow方法 m.unlockSlow() }
2. 公平锁的实现
Go标准库不直接提供公平锁的实现,但我们可以通过其他方式实现公平锁,比如通过条件变量(sync.Cond
)来维护等待的队列,从而实现公平锁。
type FairMutex struct { mu sync.Mutex cond *sync.Cond waiting []chan struct{} } func NewFairMutex() *FairMutex { fm := &FairMutex{} fm.cond = sync.NewCond(&fm.mu) return fm } func (fm *FairMutex) Lock() { fm.mu.Lock() defer fm.mu.Unlock() ch := make(chan struct{}) fm.waiting = append(fm.waiting, ch) if len(fm.waiting) > 1 { <-ch } } func (fm *FairMutex) Unlock() { fm.mu.Lock() defer fm.mu.Unlock() if len(fm.waiting) > 0 { fm.waiting = fm.waiting[1:] if len(fm.waiting) > 0 { close(fm.waiting[0]) } } }
四、总结
- 公平锁:按请求顺序授予锁,避免饥饿,维护队列,开销较大。
- 非公平锁:随机授予锁,高性能,可能导致饥饿。
在Go语言中,默认提供的是非公平锁。公平锁可以通过自定义实现来满足特定需求。
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