摘要
在上一篇文章 golang 重要知识：mutex 里我们介绍了互斥锁 mutex 的相关原理实现。而且在 Go 里除了互斥锁外，还有读写锁 RWMutex，它主要用来实现读共享，写独占的功能。今天我们也顺便分析下读写锁，加深对 Go 锁的理解。
读写锁的实现原理
所谓的读写锁，其实就是针对下面的两种场景，对 Goroutine 之间的同步互斥进行控制：
- 多个 goroutine 一起占有读锁，互不影响，可以继续自己后面的逻辑代码。
- 写锁正在占有着，则后面的 goroutine 无论是要进行读锁占有，还是写锁占有，都将会被阻塞等待，直到当前的写锁释放。
弄清楚上面的场景需求后，实现就简单多了，关键就在于判断当前是否处于写锁状态即可，毕竟需要有阻塞等待的动作。
按照常规思路，我们一般会采用一个标识位来维护这个状态。然而，Go 官方却连这一步都省了。
利用了一个本来就得维护的读锁数量，在进行写锁占有时，使它变为负数。
后面有新进来的读写操作，只需要判断该值是否正负即可，负数则代表当前正在进行写锁占有，需要阻塞等待。
而在写锁占有结束后，该值又会恢复为正数，又可以进行新的读写操作了。
RWMutex 源码分析
接下来，我们到 src/runtime/rwmutex.go里具体分析下 RWMutex 的代码结构。
// rwmutex 是一个读写互斥的锁
// 将允许多个 goroutine 持有读锁，但写锁只会有一个持有
// rwmutex 使用了 sync.RWMutex 来辅助写锁互斥
type rwmutex struct {
rLock mutex // 用于保护设置 readers, readerPass, writer
readers muintptr // 休眠等待的 goroutine 读锁队列，等到写锁占有结束后将对应被唤起。
readerPass uint32 // 读锁队列需要跳过的 goroutine 数量，当在写锁结束后会唤起读锁队列里的 goroutine，但有的可能已不在队列里了，这部分需跳过。
wLock mutex // 用于 writer 之间的互斥锁
writer muintptr // 等待读完成的 writer
readerCount uint32 // 正在执行读操作的 goroutine数量
readerWait uint32 // 等待读锁释放的数量。当写锁占有后，前面还有部分读锁在继续着，需要等它们释放才能继续进行。
}
RWMutex 的 Lock() 分析
func (rw *rwmutex) Lock() {
// 用于多个写锁之间的的竞争
lock(&rw.wLock)
m := getg().m
// 将读锁数量 readerCount 置为负数，用于判断当前是否处于写锁占有状态，
// rw.readerCount < 0 则表示当前正在进行写锁占有.
r := int32(atomic.Xadd(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders)) + rwmutexMaxReaders
// 前面还有读锁在进行着，需要等待释放完才能继续
lock(&rw.rLock)
if r != 0 && atomic.Xadd(&rw.readerWait, r) != 0 {
systemstack(func() {
rw.writer.set(m)
unlock(&rw.rLock)
notesleep(&m.park)
noteclear(&m.park)
})
} else {
unlock(&rw.rLock)
}
}
RWMutex 的 RLock() 分析
func (rw *rwmutex) Rlock() {
acquirem()
if int32(atomic.Xadd(&rw.readerCount, 1)) < 0 {
// 读锁数量 readerCount + 1 后小于 0，表示当前正被写锁占有，
// 等待写锁释放
systemstack(func() {
lock(&rw.rLock)
if rw.readerPass > 0 {
rw.readerPass -= 1
unlock(&rw.rLock)
} else {
// 等待写锁唤起
m := getg().m
m.schedlink = rw.readers
rw.readers.set(m)
unlock(&rw.rLock)
notesleep(&m.park)
noteclear(&m.park)
}
})
}
}
RWMutex 的 Unlock() 分析
func (rw *rwmutex) Unlock() {
// 将原来被写锁置为负数的 readerCount 重新恢复回来.
r := int32(atomic.Xadd(&rw.readerCount, rwmutexMaxReaders))
if r >= rwmutexMaxReaders {
throw("unlock of unlocked rwmutex")
}
// 唤起之前等待的读锁.
lock(&rw.rLock)
for rw.readers.ptr() != nil {
reader := rw.readers.ptr()
rw.readers = reader.schedlink
reader.schedlink.set(nil)
notewakeup(&reader.park)
r -= 1
}
// 如果 r > 0, 说明读锁队列里有的 goroutine 已不在队列里了，这部分需跳过
rw.readerPass += uint32(r)
unlock(&rw.rLock)
// 解除写锁
unlock(&rw.wLock)
}
RWMutex 的 RUnlock() 分析
func (rw *rwmutex) RUnlock() {
// 如果释放后，readerCount < 0，表示当前写锁正在占有
if r := int32(atomic.Xadd(&rw.readerCount, -1)); r < 0 {
if r+1 == 0 || r+1 == -rwmutexMaxReaders {
throw("runlock of unlocked rwmutex")
}
// readerWait == 0，表示前面的读锁都释放完了，
// 需要唤起写锁
if atomic.Xadd(&rw.readerWait, -1) == 0 {
// The last reader unblocks the writer.
lock(&rw.rLock)
w := rw.writer.ptr()
if w != nil {
notewakeup(&w.park)
}
unlock(&rw.rLock)
}
}
releasem(getg().m)
}
总结
RWMutex 通过 readerCount 的正负来判断当前是处于读锁占有还是写锁占有。
在处于写锁占有状态后，会将此时的 readerCount 赋值给 readerWait，表示要等前面 readerWait 个读锁释放完才算完整的占有写锁，才能进行后面的独占操作。
读锁释放的时候， 会对 readerWait 对应减一，直到为 0 值，就可以唤起写锁了。
并且在写锁占有后，即时有新的读操作加进来， 也不会影响到 readerWait 值了，只会影响总的读锁数目：readerCount。
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