go语言在云计算时代将会如日中天,还抱着.NET不放的人将会被淘汰。学习go语言和.NET完全不一样,它有非常简单的runtime 和 类库。最好的办法就是将整个源代码读一遍,这是我见过最简洁的系统类库。读了之后,你会真正体会到C#的面向对象的表达方式是有问题的,继承并不是必要的东西。相同的问题,在go中有更加简单的表达。
go runtime 没有提供任何的锁,只是提供了一个PV操作原语。独占锁,条件锁 都是基于这个原语实现的。如果你学习了go,那就就知道如何在windows下高效的方式实现条件锁定(windows没有自带的条件锁)。
我想阅读源代码,不能仅仅只看到实现了什么,还要看到作者的设计思路,还有如果你作为作者,如何实现。这些才是真正有用的东西,知识永远学不完,我们要锻炼我们的思维。
要写这篇文章的背景就忽略吧,我已经很久没有写博客了,主要原因是我基本上看不到能让我有所帮助的博客,更多的是我认为我也写不出能对别人有所帮助的文章。为了写这篇文章,我还是花了挺多的心思收集历史资料, 论坛讨论,并去golang-nuts 上咨询了一些问题。希望对大家有所帮助。
一. sync.Mutex 是什么?
Mutex是一种独占锁,一般操作系统都会提供这种锁。但是,操作系统的锁是针对线程的,golang里面没有线程的概念,这样操作系统的锁就用不上了。所以,你看go语言的runtime,就会发现,实际上这是一个“操作系统”。如果Mutex还不知道的话,我建议看下面的文章,其中第一篇必看。
百度百科 mutex http://baike.baidu.com/view/1461738.htm?fromId=1889552&redirected=seachword
信号量:http://swtch.com/semaphore.pdf
还可以读一下百度百科 pv 操作:http://baike.baidu.com/view/703687.htm
二. golang 最新版本的 sync.Mutex
你可以大致扫描一下最新版本的实现,如果你第一眼就看的很懂了,每步的操作?为什么这样操作?有没有更加合理的操作?那恭喜你,你的水平已经超过google实现 sync.Mutex 的程序员了,甚至是大部分的程序员,因为这个程序历经几年的演化,才到了今天的样子,你第一眼就能看的如此透彻,那真的是很了不起。下面的章节是为没有看懂的人准备的。
// Copyright 2009 The Go Authors. All rights reserved.
// Use of this source code is governed by a BSD-style
// license that can be found in the LICENSE file. // Package sync provides basic synchronization primitives such as mutual
// exclusion locks. Other than the Once and WaitGroup types, most are intended
// for use by low-level library routines. Higher-level synchronization is
// better done via channels and communication.
//
// Values containing the types defined in this package should not be copied.
package sync import (
"sync/atomic"
"unsafe"
) // A Mutex is a mutual exclusion lock.
// Mutexes can be created as part of other structures;
// the zero value for a Mutex is an unlocked mutex.
type Mutex struct {
state int32
sema uint32
} // A Locker represents an object that can be locked and unlocked.
type Locker interface {
Lock()
Unlock()
} const (
mutexLocked = 1 << iota // mutex is locked
mutexWoken
mutexWaiterShift = iota
) // Lock locks m.
// If the lock is already in use, the calling goroutine
// blocks until the mutex is available.
func (m *Mutex) Lock() {
// Fast path: grab unlocked mutex.
if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) {
if raceenabled {
raceAcquire(unsafe.Pointer(m))
}
return
} awoke := false
for {
old := m.state
new := old | mutexLocked
if old&mutexLocked != 0 {
new = old + 1<<mutexWaiterShift
}
if awoke {
// The goroutine has been woken from sleep,
// so we need to reset the flag in either case.
new &^= mutexWoken
}
if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
if old&mutexLocked == 0 {
break
}
runtime_Semacquire(&m.sema)
awoke = true
}
} if raceenabled {
raceAcquire(unsafe.Pointer(m))
}
} // Unlock unlocks m.
// It is a run-time error if m is not locked on entry to Unlock.
//
// A locked Mutex is not associated with a particular goroutine.
// It is allowed for one goroutine to lock a Mutex and then
// arrange for another goroutine to unlock it.
func (m *Mutex) Unlock() {
if raceenabled {
_ = m.state
raceRelease(unsafe.Pointer(m))
} // Fast path: drop lock bit.
new := atomic.AddInt32(&m.state, -mutexLocked)
if (new+mutexLocked)&mutexLocked == 0 {
panic("sync: unlock of unlocked mutex")
} old := new
for {
// If there are no waiters or a goroutine has already
// been woken or grabbed the lock, no need to wake anyone.
if old>>mutexWaiterShift == 0 || old&(mutexLocked|mutexWoken) != 0 {
return
}
// Grab the right to wake someone.
new = (old - 1<<mutexWaiterShift) | mutexWoken
if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
runtime_Semrelease(&m.sema)
return
}
old = m.state
}
}
三. 有没有更加简洁的实现方法?
有点操作系统知识的都知道,独占锁是一种特殊的PV 操作,就 0 – 1 PV操作。那我想,如果不考虑任何性能问题的话,用信号量应该就可以这样实现Mutex:
type Mutex struct {
sema uint32
} func NewMutex() *Mutex {
var mu Mutex
mu.sema = 1
return &mu
} func (m *Mutex) Lock() {
runtime_Semacquire(&m.sema)
} func (m *Mutex2) Unlock() {
runtime_Semrelease(&m.sema)
}
当然,这个实现有点不符合要求。如果有个家伙不那么靠谱,加锁了一次,但是解锁了两次。第二次解锁的时候,应该报出一个错误,而不是让错误隐藏。于是乎,我们想到用一个变量表示加锁的次数。这样就可以判断有没有多次解锁。于是乎,我就想到了下面的解决方案:
type Mutex struct {
key int32
sema uint32
} func (m *Mutex) Lock() {
if atomic.AddInt32(&m.key, 1) == 1 {
// changed from 0 to 1; we hold lock
return
}
runtime_Semacquire(&m.sema)
} func (m *Mutex) Unlock() {
switch v := atomic.AddInt32(&m.key, -1); {
case v == 0:
// changed from 1 to 0; no contention
return
case v == -1:
// changed from 0 to -1: wasn't locked
// (or there are 4 billion goroutines waiting)
panic("sync: unlock of unlocked mutex")
}
runtime_Semrelease(&m.sema)
}
这个解决方案除了解决了我们前面说的重复加锁的问题外,还对我们初始化工作做了简化,不需要构造函数了。注意,这也是golang里面一个常见的设计模式,叫做 零初始化。
理解一个程序如何工作很简单,但是,作者的设计思路才是关键,我们可以不断的看源代码,看别人的实现,我们能从中学到很多知识与技巧,当遇到相同的问题的时候,我们也能解决类似的问题。
我个人觉得,作为一个天朝的程序员,不能仅仅是山寨别人的软件,学习别人的东西。还是要能进入一个新的领域,一个未知的领域,还能有所创新。
当然,作者的设计思路我们很难得知,我们看到的只是劳动的结果,但是,我们可以这样问自己,如果我是作者,我怎么思考这个问题,然后解决这个问题。我发现,用这样的思维去考虑问题,有时候能给我很多的启示。
还有五分钟就12点了,我必须睡觉了,今天也只能先回答半个问题了。至于为什么不是一个问题,而是半个问题,请听下回分解。