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互斥锁

请介绍实现原理​

Mutex数据结构只有两个字段，分别是：state、sema

type Mutex struct {
    state int32   // 表示锁状态：1:加锁状态、2:唤醒状态、4:饥饿状态
    sema  uint32  // 表示用来控制等待者队列的信号量
}

一次加锁的过程为：

  1. 使用原子锁给自己的state字段进行加锁。如果加锁成功则直接返回，如果失败则继续执行后面步骤。
  2. 判断自旋条件，并尝试自旋申请锁。如果加锁成功则直接返回，如果自旋失败，则继续执行后面步骤。
  3. 阻塞等待信号通知。

什么是正常状态和饥饿状态​

在Go中，互斥锁有两种操作状态：正常状态和饥饿状态。

在正常状态下，互斥锁等待者会按照先进先出的顺序排队等待唤醒。但是，对于被唤醒的协程，并不意味着拥有互斥锁。 因为对一些新创建的协程来说，他们已经处于运行状态，因此他们有更大的概率获取到互斥锁。 而对于刚被唤醒的协程来说，他们一旦申请锁失败，会重新进入队头等待唤醒。 这时，如果等待者超过1ms仍旧无法获取到互斥锁，那么它会将互斥锁从正常状态切换到饥饿状态。

在饥饿状态下，互斥锁所有者在释放锁后，会直接将锁权限移交给等待队列头部的协程。 对于新创建的协程来说，它不会自旋尝试获取锁，而是会直接进入到等待队列尾部。 对于等待队列的协程来说，如果他是队列中最后一个等待者，或者获取锁的时间少于1ms，那么它会将互斥锁从饥饿状态切换到正常状态。

在正常模式下，互斥锁会有更好的性能，因为它支持一定条件下的自旋去获取锁。 而饥饿模式又可能有效的避免协程饿死的情况。

允许自旋的条件​

当Mutex使用原子锁进行加锁失败时，在满足自旋的条件下会尝试进行自旋加锁。允许自旋的条件有：

  • 处于饥饿状态下，放弃自旋
  • 当自旋次数iter大于等于4时，放弃自旋