Golang 뮤텍스 기본 구현

Golang은 효율적이고 간결한 프로그래밍 언어이며, 좋은 성능과 사용 용이성은 동시 프로그래밍 적용에 반영됩니다. 동시 프로그래밍에서 Mutex는 경쟁 조건(즉, 여러 스레드가 동시에 공유 리소스에 액세스할 때 예측할 수 없는 결과)을 방지하면서 다중 스레드 환경에서 공유 리소스에 대한 상호 배타적 액세스를 보장할 수 있는 매우 일반적인 동기화 메커니즘입니다. 이 기사에서는 Mutex의 기본 구현 원리를 소개합니다.

1. Mutex의 정의

Golang에서 Mutex는 공유 리소스에 대한 상호 배타적인 액세스를 보호하는 데 사용되는 동기화 메커니즘입니다. 여기에는 각각 Mutex를 잠그고 잠금을 해제하는 데 사용되는 Lock() 및 Unlock()의 두 가지 메서드가 포함되어 있습니다. 스레드가 Mutex의 잠금을 획득하면 잠금이 해제될 때까지 다른 스레드가 차단됩니다.

2. Mutex의 기본 구현

Golang에서 Mutex의 기본 구현은 주로 sync.Mutex라는 구조에 의존합니다. 뮤텍스는 기본 하드웨어의 원자적 연산에 의존하는 CAS 연산(비교 및 교환)을 통해 구현됩니다.

Mutex 구조는 다음과 같이 정의됩니다.

type Mutex struct {
    state int32
    sema  *uint32 // 信号量
}

const (
    mutexLocked = 1 << iota // mutex is locked
)

func (m *Mutex) Lock() {
    // Fast path: 这里如果加锁成功，就直接返回
    if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) {
        return
    }
    // Slow path : 防止出现busy spinning，将当前协程加入等待队列，然后调用runtime.semacquire继续sleep。
    sema := m.sema
    if sema == nil {
        sema = new(uint32)
        m.sema = sema
    }
    runtime_Semacquire(sema)
}

func (m *Mutex) Unlock() {
    // Fast path: 这里如果释放锁成功，就直接返回
    if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, mutexLocked, 0) {
        return
    }
    // Slow path: 如果锁还被持有，则调用sync.runtime_Semrelease继续唤醒协程。
    sema := m.sema
    if sema == nil {
        panic("sync: unlock of unlocked mutex")
    }
    runtime_Semrelease(sema, false, 1)
}

Mutex 구조에는 상태와 세마포 세마라는 두 개의 필드가 포함되어 있습니다. 그 중 state는 잠금 상태를 나타내고, mutexLocked는 잠겨 있음을 나타내며, 다른 값은 잠겨 있지 않음을 나타냅니다. sema는 잠금을 기다리는 고루틴을 조정하는 데 사용됩니다.

Mutex.Lock() 메서드에서 현재 Mutex가 잠겨 있지 않으면 CompareAndSwapInt32 원자성 작업을 사용하여 상태를 0에서 mutexLocked로 변경하고, 성공 후 바로 반환하고, 그렇지 않으면 현재 goroutine이 대기 대기열에 합류하도록 합니다. semacquire() 메서드가 런타임을 깨웁니다. Mutex.Unlock() 메서드에서 현재 Mutex가 잠겨 있는 경우 CompareAndSwapInt32 원자성 작업을 사용하여 상태를 mutexLocked에서 0으로 변경하고 성공 후 바로 반환합니다. 그렇지 않으면 현재 Mutex가 잠겨 있지 않음을 나타내는 예외가 발생합니다. 잠겼습니다.

Mutex.Lock() 및 Mutex.Unlock() 메서드에는 빠른 경로와 느린 경로가 있습니다. 빠른 경로란 잠금 상태가 점유되지 않은 경우 CAS를 통해 빠르게 잠금을 획득하거나 잠금을 빠르게 해제할 수 있는 것을 의미합니다. 느린 경로는 잠금 상태가 점유되면 현재 고루틴을 대기 대기열에 추가해야 하며 sema.acquire() 메서드를 호출하여 대기 대기열에 있는 다른 고루틴을 깨우거나 잠자기 상태로 만드는 것을 의미합니다.

3. Mutex 사용에 대한 오해

Golang에서 Mutex는 매우 일반적으로 사용되는 동기화 메커니즘이지만 사용 중에 피해야 할 몇 가지 일반적인 오해가 있습니다.

1. Unlock() 메서드를 호출하는 고루틴은 Mutex를 보유하는 고루틴이어야 합니다

고루틴이 보유하지 않은 Mutex를 해제하려고 하면 프로그램에서 패닉이 발생합니다. 뮤텍스 잠금은 공유 리소스에 대한 상호 배타적 액세스를 보장하기 위한 것입니다. 어떤 고루틴이라도 잠금을 해제할 수 있으면 상호 배타성을 보장할 수 없습니다.

2. Mutex를 복사하지 마세요

Mutex 잠금은 포인터 유형입니다. 잠금 변수를 복사해야 하는 경우 포인터 복사를 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 동일한 상태를 공유하는 관련되지 않은 두 개의 Mutex 인스턴스가 발생하여 예기치 않은 동작이 발생할 수 있습니다.

3. 잠금에 대한 자유 경쟁을 피하세요

동시 프로그래밍에서 잠금에 대한 자유 경쟁은 한 고루틴이 잠금을 해제하기 전에 다른 고루틴이 대기 대기열에서 기다리는 대신 계속해서 잠금을 획득하려고 시도한다는 것을 의미합니다. 이로 인해 CPU 리소스가 낭비되므로 이러한 상황은 최대한 방지해야 합니다.

간단히 말하면 잠금은 공유 리소스를 보호하는 강력한 도구이며 동시 프로그래밍에서 매우 중요한 역할을 합니다. 이 글을 통해 우리는 Mutex의 기본 구현 원리와 Mutex를 사용할 때 주의해야 할 몇 가지 오해를 이해했습니다. 실제 개발에서는 동시 프로그래밍에서 발생할 수 있는 다양한 문제를 피하기 위해 Mutex의 장점을 최대한 활용해야 합니다.

위 내용은 Golang 뮤텍스 기본 구현의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!