sync包——互斥锁

@author：韩茹
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官网文档对sync包的介绍：

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.

sync是synchronization同步这个词的缩写，所以也会叫做同步包。这里提供了基本同步的操作，比如互斥锁等等。这里除了Once和WaitGroup类型之外，大多数类型都是供低级库例程使用的。更高级别的同步最好通过channel通道和communication通信来完成

一、Mutex(互斥锁)

通过上一小节，我们知道了在并发程序中，会存在临界资源问题。就是当多个协程来访问共享的数据资源，那么这个共享资源是不安全的。为了解决协程同步的问题我们使用了channel，但是Go语言也提供了传统的同步工具。

什么是锁呢？就是某个协程（线程）在访问某个资源时先锁住，防止其它协程的访问，等访问完毕解锁后其他协程再来加锁进行访问。一般用于处理并发中的临界资源问题。

Go语言包中的 sync 包提供了两种锁类型：sync.Mutex 和 sync.RWMutex。

Mutex 是最简单的一种锁类型，互斥锁，同时也比较暴力，当一个 goroutine 获得了 Mutex 后，其他 goroutine 就只能乖乖等到这个 goroutine 释放该 Mutex。

每个资源都对应于一个可称为 “互斥锁” 的标记，这个标记用来保证在任意时刻，只能有一个协程（线程）访问该资源。其它的协程只能等待。

互斥锁是传统并发编程对共享资源进行访问控制的主要手段，它由标准库sync中的Mutex结构体类型表示。sync.Mutex类型只有两个公开的指针方法，Lock和Unlock。Lock锁定当前的共享资源，Unlock进行解锁。

在使用互斥锁时，一定要注意：对资源操作完成后，一定要解锁，否则会出现流程执行异常，死锁等问题。通常借助defer。锁定后，立即使用defer语句保证互斥锁及时解锁。

部分源码：

/ A Mutex is a mutual exclusion lock.
// The zero value for a Mutex is an unlocked mutex.
//
// A Mutex must not be copied after first use.
type Mutex struct {
    state int32 //互斥锁上锁状态枚举值如下所示
    sema  uint32 //信号量，向处于Gwaitting的G发送信号
}

// A Locker represents an object that can be locked and unlocked.
type Locker interface {
    Lock()
    Unlock()
}
?
const (
    mutexLocked = 1 << iota // mutex is locked  ，1 互斥锁是锁定的
    mutexWoken // 2 唤醒锁
    mutexStarving
    mutexWaiterShift = iota // 统计阻塞在这个互斥锁上的goroutine数目需要移位的数值
    starvationThresholdNs = 1e6
)
?

二、Lock()方法：

Lock()这个方法，锁定m。如果该锁已在使用中，则调用goroutine将阻塞，直到互斥体可用。

三、Unlock()方法

Unlock()方法，解锁解锁m。如果m未在要解锁的条目上锁定，则为运行时错误。

锁定的互斥体不与特定的goroutine关联。允许一个goroutine锁定互斥体，然后安排另一个goroutine解锁互斥体。

五、示例代码：

我们针对于上次课程汇总，使用goroutine，模拟4个售票口出售火车票的案例。4个售票口同时卖票，会发生临界资源数据安全问题。我们使用互斥锁解决一下。(Go语言推崇的是使用Channel来实现数据共享，但是也还是提供了传统的同步处理方式)

示例代码：

package main
?
import (
    "fmt"
    "time"
    "math/rand"
    "sync"
)
?
//全局变量，表示票
var ticket = 10 //100张票
?
?
var mutex sync.Mutex //创建锁头
?
var wg sync.WaitGroup //同步等待组对象
func main() {
    /*
    4个goroutine，模拟4个售票口，
?
?
    在使用互斥锁的时候，对资源操作完，一定要解锁。否则会出现程序异常，死锁等问题。
    defer语句
     */
?
     wg.Add(4)
    go saleTickets("售票口1")
    go saleTickets("售票口2")
    go saleTickets("售票口3")
    go saleTickets("售票口4")
?
    wg.Wait() //main要等待
    fmt.Println("程序结束了。。。")
?
    //time.Sleep(5*time.Second)
}
?
func saleTickets(name string){
    rand.Seed(time.Now().UnixNano())
    defer wg.Done()
    for{
        //上锁
        mutex.Lock() //g2
        if ticket > 0{ //ticket 1 g1
            time.Sleep(time.Duration(rand.Intn(1000))*time.Millisecond)
            fmt.Println(name,"售出：",ticket) // 1
            ticket-- // 0
        }else{
            mutex.Unlock() //条件不满足，也要解锁
            fmt.Println(name,"售罄，没有票了。。")
            break
        }
        mutex.Unlock() //解锁
    }
}
?

运行结果：

GOROOT=/usr/local/go #gosetup
GOPATH=/Users/ruby/go #gosetup
/usr/local/go/bin/go build -i -o /private/var/folders/kt/nlhsnpgn6lgd_q16f8j83sbh0000gn/T/___go_build_demo06_mutex_go /Users/ruby/go/src/l_goroutine/demo06_mutex.go #gosetup
/private/var/folders/kt/nlhsnpgn6lgd_q16f8j83sbh0000gn/T/___go_build_demo06_mutex_go #gosetup
售票口4 售出： 10
售票口4 售出： 9
售票口2 售出： 8
售票口1 售出： 7
售票口3 售出： 6
售票口4 售出： 5
售票口2 售出： 4
售票口1 售出： 3
售票口3 售出： 2
售票口4 售出： 1
售票口2 售罄，没有票了。。
售票口1 售罄，没有票了。。
售票口3 售罄，没有票了。。
售票口4 售罄，没有票了。。
程序结束了。。。
?
Process finished with exit code 0
?