GoLang之Mutex底层系列三(lock的slowpath、unlock的slowpath)

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分类专栏： GoLang底层 文章标签： golang 开发语言 后端
于 2022-06-14 09:08:50 首次发布
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GoLang之Mutex底层系列三(lock的slowpath、unlock的slowpath)

当一个goroutine尝试给mutex加锁时，如果其他goroutine已经加了锁还没有释放，而且当前mutex工作在正常模式下，是不是就要开始自旋了呢？

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不一定，因为如果当前是单核场景，自旋的goroutine在等待持有锁的goroutine释放锁，而持有锁的goroutine在等待自旋的goroutine让出CPU，这种情况下自旋是没有意义的。而且如果GOMAXPROCS=1，或者当前没有其它正在运行的Ｐ，也和单核场景类似，同样不需要自旋。

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除此之外，如果当前Ｐ的本地runq不为空，相较于自旋而言，切换到本地runq更有效率，所以为保障吞吐量也不会自旋。

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最终，只有在多核场景下，且GOMAXPROCS>1,至少有一个其他的P处于running，当前P的本地runq为空的情况下，才可以自旋。

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进入自旋的goroutine会先去争抢mutex的唤醒标识位，设置mutexWoken标识位的目的是:在正常模式下，告知持有锁的goroutine，在unlock的时候不用再唤醒其他goroutine了，已经有goroutine在这里等待，以免唤醒太多的等待协程。mutex中的自旋，底层是通过procyield循环执行30次PAUSE，自旋次数上限为4，而且每自旋一次都要重新判断是否可以继续自旋。

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如果锁被释放了，或者锁进入了饥饿模式，亦或者已经自旋了4次，都会结束自旋。

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结束自旋或者根本不用自旋的goroutine，就该尝试原子操作修改mutex的状态了。把此时mutex.state保存了old中，把要修改为的新state记为new。
如果old处于饥饿模式或者加锁状态，goroutine就得去排队，所以在这些情况下排队规模要加1.

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如果是正常模式，就要尝试设置lock位，所以最后一位要置为1

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如果当前goroutine等待的时间已经超过1ms，而且锁还没被释放，就要将mutex的状态切换为饥饿模式,注意，这里之所有还要求锁没被释放，是因为如果锁已经释放了，那怎么都得去抢一次啊，要是直接进入饥饿模式就只能去排队了。

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把排队规模和几个标志位都设置好以后，在执行原子操作修改state之前，若是当前goroutine持有唤醒标识的话，还要将唤醒标识位重置。因为接下来无论是要去抢锁，还是单纯的去排队，如果原子操作成功了，那么要么是成功抢到了锁，要么是成功进到了等待队列里。当前goroutine都不再是被唤醒的goroutine了，所以要释放唤醒标识。

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而如果原子操作不成功，也就意味着其他goroutine在我们保存mutex.state到old以后，又修改了state的值，当前goroutine就要回过头去，继续从自旋检测这里开始再次尝试。所以也需要释放自己之前抢到的唤醒标识位，从头再来。

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继续展开这个原子操作成功的分支，如果是抢锁操作成功了，那么加锁的slow path就可以宣告结束了。

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如果是排队的规模设置成功了，还要决定是排在等待队列头部还是尾部，如果当前goroutine已经排过队，是在unlock中唤醒的，那就排在等待队列头部。

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如果是第一次排队，就得排到等待队列尾部，并且从第一次排队开始记录当前goroutine的等待时间。

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接下来就会让出，进到等待队列里面了(runtime_SemacquireMutex(&m.sema, queueLifo, 1))，队列里的goroutine被唤醒时(unlock)，要从上次让出的地方开始继续执行，

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接下来会判断，如果mutex处在正常模式，那就接着从自旋开始抢锁，如果唤醒后的mutex处在饥饿模式，那就没有其他goroutine会和自己抢了，锁已经轮到自己这里，只需要把mutex.state中lock标识位设置为加锁，把等待队列规模减去1，再看看是不是要切换到正常模式，也就是自己的等待时间是不是小于1ms，或者等待队列已经空了，最后设置好mutex.state就一切ok了，这就是加锁操作的slow path。

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接下来看unlock的slow path，进到unlock的slow path，说明除去lock标识为以外，剩下的位不全为0，如果处在正常模式，若等待队列为空，或已经有goroutine被唤醒或者获得了锁，或者锁进入了饥饿模式，那就不需要唤醒某个goroutine了，直接返回即可。否则就要尝试抢占mutexWoken标识位，获取唤醒一个goroutine的权利，抢占成功后，就会通过runtime_Semrelease函数唤醒一个goroutine,如果抢占不成功就进行循环尝试，直到等待队列为空，或已经有goroutine被唤醒或者获得了锁，或者锁进入了饥饿模式，则退出循环，而在饥饿模式下，后来的goroutine不会争抢锁，而是直接排队，锁的所有权是直接从执行unlock的goroutine，传递给等待队列中首个等待者的，所以不用抢占mutexWoken标识位。

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第一个等待者唤醒后，会继承当前goroutine的时间片立刻开始运行，也就是继续lockSlow中这里，goroutine被唤醒以后的逻辑，这就是unlock的slow path。

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