在本節(jié)，我們對(duì)Go語言所提供的與鎖有關(guān)的API進(jìn)行說明。這包括了互斥鎖和讀寫鎖。我們?cè)诘?章描述過互斥鎖，但卻沒有提到過讀寫鎖。這兩種鎖對(duì)于傳統(tǒng)的并發(fā)程序來說都是非常常用和重要的。

一、互斥鎖

互斥鎖是傳統(tǒng)的并發(fā)程序?qū)蚕碣Y源進(jìn)行訪問控制的主要手段。它由標(biāo)準(zhǔn)庫代碼包sync中的Mutex結(jié)構(gòu)體類型代表。sync.Mutex類型（確切地說，是*sync.Mutex類型）只有兩個(gè)公開方法——Lock和Unlock。顧名思義，前者被用于鎖定當(dāng)前的互斥量，而后者則被用來對(duì)當(dāng)前的互斥量進(jìn)行解鎖。

類型sync.Mutex的零值表示了未被鎖定的互斥量。也就是說，它是一個(gè)開箱即用的工具。我們只需對(duì)它進(jìn)行簡(jiǎn)單聲明就可以正常使用了，就像這樣：

在我們使用其他編程語言（比如C或Java）的鎖類工具的時(shí)候，可能會(huì)犯的一個(gè)低級(jí)錯(cuò)誤就是忘記及時(shí)解開已被鎖住的鎖，從而導(dǎo)致諸如流程執(zhí)行異常、線程執(zhí)行停滯甚至程序死鎖等等一系列問題的發(fā)生。然而，在Go語言中，這個(gè)低級(jí)錯(cuò)誤的發(fā)生幾率極低。其主要原因是有defer語句的存在。

我們一般會(huì)在鎖定互斥鎖之后緊接著就用defer語句來保證該互斥鎖的及時(shí)解鎖。請(qǐng)看下面這個(gè)函數(shù)：

函數(shù)write中的這條defer語句保證了在該函數(shù)被執(zhí)行結(jié)束之前互斥鎖mutex一定會(huì)被解鎖。這省去了我們?cè)谒衦eturn語句之前以及異常發(fā)生之時(shí)重復(fù)的附加解鎖操作的工作。在函數(shù)的內(nèi)部執(zhí)行流程相對(duì)復(fù)雜的情況下，這個(gè)工作量是不容忽視的，并且極易出現(xiàn)遺漏和導(dǎo)致錯(cuò)誤。所以，這里的defer語句總是必要的。在Go語言中，這是很重要的一個(gè)慣用法。我們應(yīng)該養(yǎng)成這種良好的習(xí)慣。

對(duì)于同一個(gè)互斥鎖的鎖定操作和解鎖操作總是應(yīng)該成對(duì)的出現(xiàn)。如果我們鎖定了一個(gè)已被鎖定的互斥鎖，那么進(jìn)行重復(fù)鎖定操作的Goroutine將會(huì)被阻塞，直到該互斥鎖回到解鎖狀態(tài)。請(qǐng)看下面的示例：

我們把執(zhí)行repeatedlyLock函數(shù)的Goroutine稱為G0。而在repeatedlyLock函數(shù)中，我們又啟用了3個(gè)Goroutine，并分別把它們命名為G1、G2和G3。可以看到，我們?cè)趩⒂眠@3個(gè)Goroutine之前就已經(jīng)對(duì)互斥鎖mutex進(jìn)行了鎖定，并且在這3個(gè)Goroutine將要執(zhí)行的go函數(shù)的開始處也加入了對(duì)mutex的鎖定操作。這樣做的意義是模擬并發(fā)地對(duì)同一個(gè)互斥鎖進(jìn)行鎖定的情形。當(dāng)for語句被執(zhí)行完畢之后，我們先讓G0小睡1秒鐘，以使運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)有充足的時(shí)間開始運(yùn)行G1、G2和G3。在這之后，解鎖mutex。為了能夠讓讀者更加清晰地了解到repeatedlyLock函數(shù)被執(zhí)行的情況，我們?cè)谶@些鎖定和解鎖操作的前后加入了若干條打印語句，并在打印內(nèi)容中添加了我們?yōu)檫@幾個(gè)Goroutine起的名字。也由于這個(gè)原因，我們?cè)趓epeatedlyLock函數(shù)的最后再次編寫了一條“睡眠”語句，以此為可能出現(xiàn)的其他打印內(nèi)容再等待一小會(huì)兒。

經(jīng)過短暫的執(zhí)行，標(biāo)準(zhǔn)輸出上會(huì)出現(xiàn)如下內(nèi)容：

從這八行打印內(nèi)容中，我們可以清楚的看出上述四個(gè)Goroutine的執(zhí)行情況。首先，在repeatedlyLock函數(shù)被執(zhí)行伊始，對(duì)互斥鎖的第一次鎖定操作便被進(jìn)行并順利地完成。這由第一行和第二行打印內(nèi)容可以看出。而后，在repeatedlyLock函數(shù)中被啟用的那三個(gè)Goroutine在G0的第一次“睡眠”期間開始被運(yùn)行。當(dāng)相應(yīng)的go函數(shù)中的對(duì)互斥鎖的鎖定操作被進(jìn)行的時(shí)候，它們都被阻塞住了。原因是該互斥鎖已處于鎖定狀態(tài)了。這就是我們?cè)谶@里只看到了三個(gè)連續(xù)的Lock the lock. (Gi>)而沒有立即看到The lock is locked. (Gi>)的原因。隨后，G0“睡醒”并解鎖互斥鎖。這使得正在被阻塞的G1、G2和G3都會(huì)有機(jī)會(huì)重新鎖定該互斥鎖。但是，只有一個(gè)Goroutine會(huì)成功。成功完成鎖定操作的某一個(gè)Goroutine會(huì)繼續(xù)執(zhí)行在該操作之后的語句。而其他Goroutine將繼續(xù)被阻塞，直到有新的機(jī)會(huì)到來。這也就是上述打印內(nèi)容中的最后三行所表達(dá)的含義。顯然，G1搶到了這次機(jī)會(huì)并成功鎖定了那個(gè)互斥鎖。

實(shí)際上，我們之所以能夠通過使用互斥鎖對(duì)共享資源的唯一性訪問進(jìn)行控制正是因?yàn)樗倪@一特性。這有效的對(duì)競(jìng)態(tài)條件進(jìn)行了消除。

互斥鎖的鎖定操作的逆操作并不會(huì)引起任何Goroutine的阻塞。但是，它的進(jìn)行有可能引發(fā)運(yùn)行時(shí)恐慌。更確切的講，當(dāng)我們對(duì)一個(gè)已處于解鎖狀態(tài)的互斥鎖進(jìn)行解鎖操作的時(shí)候，就會(huì)已發(fā)一個(gè)運(yùn)行時(shí)恐慌。這種情況很可能會(huì)出現(xiàn)在相對(duì)復(fù)雜的流程之中——我們可能會(huì)在某個(gè)或多個(gè)分支中重復(fù)的加入針對(duì)同一個(gè)互斥鎖的解鎖操作。避免這種情況發(fā)生的最簡(jiǎn)單、有效的方式依然是使用defer語句。這樣更容易保證解鎖操作的唯一性。

雖然互斥鎖可以被直接的在多個(gè)Goroutine之間共享，但是我們還是強(qiáng)烈建議把對(duì)同一個(gè)互斥鎖的成對(duì)的鎖定和解鎖操作放在同一個(gè)層次的代碼塊中。例如，在同一個(gè)函數(shù)或方法中對(duì)某個(gè)互斥鎖的進(jìn)行鎖定和解鎖。又例如，把互斥鎖作為某一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型中的字段，以便在該類型的多個(gè)方法中使用它。此外，我們還應(yīng)該使代表互斥鎖的變量的訪問權(quán)限盡量的低。這樣才能盡量避免它在不相關(guān)的流程中被誤用，從而導(dǎo)致程序不正確的行為。

互斥鎖是我們見到過的眾多同步工具中最簡(jiǎn)單的一個(gè)。只要遵循前面提及的幾個(gè)小技巧，我們就可以以正確、高效的方式使用互斥鎖，并用它來確保對(duì)共享資源的訪問的唯一性。下面我們來看看稍微復(fù)雜一些的鎖實(shí)現(xiàn)——讀寫鎖。

二、讀寫鎖

讀寫鎖即是針對(duì)于讀寫操作的互斥鎖。它與普通的互斥鎖最大的不同就是，它可以分別針對(duì)讀操作和寫操作進(jìn)行鎖定和解鎖操作。讀寫鎖遵循的訪問控制規(guī)則與互斥鎖有所不同。在讀寫鎖管轄的范圍內(nèi)，它允許任意個(gè)讀操作的同時(shí)進(jìn)行。但是，在同一時(shí)刻，它只允許有一個(gè)寫操作在進(jìn)行。并且，在某一個(gè)寫操作被進(jìn)行的過程中，讀操作的進(jìn)行也是不被允許的。也就是說，讀寫鎖控制下的多個(gè)寫操作之間都是互斥的，并且寫操作與讀操作之間也都是互斥的。但是，多個(gè)讀操作之間卻不存在互斥關(guān)系。

這樣的規(guī)則對(duì)于針對(duì)同一塊數(shù)據(jù)的并發(fā)讀寫來講是非常貼切的。因?yàn)?，無論讀操作的并發(fā)量有多少，這些操作都不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)本身造成變更。而寫操作不但會(huì)對(duì)同時(shí)進(jìn)行的其他寫操作進(jìn)行干擾，還有可能造成同時(shí)進(jìn)行的讀操作的結(jié)果的不正確。例如，在32位的操作系統(tǒng)中，針對(duì)int64類型值的讀操作和寫操作都不可能只由一個(gè)CPU指令完成。在一個(gè)寫操作被進(jìn)行的過程當(dāng)中，針對(duì)同一個(gè)只的讀操作可能會(huì)讀取到未被修改完成的值。該值既不與舊的值相等，也不等于新的值。這種錯(cuò)誤往往不易被發(fā)現(xiàn)，且很難被修正。因此，在這樣的場(chǎng)景下，讀寫鎖可以在大大降低因使用鎖而對(duì)程序性能造成的損耗的情況下完成對(duì)共享資源的訪問控制。

在Go語言中，讀寫鎖由結(jié)構(gòu)體類型sync.RWMutex代表。與互斥鎖類似，sync.RWMutex類型的零值就已經(jīng)是立即可用的讀寫鎖了。在此類型的方法集合中包含了兩對(duì)方法，即：

和

前一對(duì)方法的名稱和簽名與互斥鎖的那兩個(gè)方法完全一致。它們分別代表了對(duì)寫操作的鎖定和解鎖。以下簡(jiǎn)稱它們?yōu)閷戞i定和寫解鎖。而后一對(duì)方法則分別表示了對(duì)讀操作的鎖定和解鎖。以下簡(jiǎn)稱它們?yōu)樽x鎖定和讀解鎖。

對(duì)已被寫鎖定的讀寫鎖進(jìn)行寫鎖定，會(huì)造成當(dāng)前Goroutine的阻塞，直到該讀寫鎖被寫解鎖。當(dāng)然，如果有多個(gè)Goroutine因此而被阻塞，那么當(dāng)對(duì)應(yīng)的寫解鎖被進(jìn)行之時(shí)只會(huì)使其中一個(gè)Goroutine的運(yùn)行被恢復(fù)。類似的，對(duì)一個(gè)已被寫鎖定的讀寫鎖進(jìn)行讀鎖定，也會(huì)阻塞相應(yīng)的Goroutine。但不同的是，一旦該讀寫鎖被寫解鎖，那么所有因欲進(jìn)行讀鎖定而被阻塞的Goroutine的運(yùn)行都會(huì)被恢復(fù)。另一方面，如果在進(jìn)行過程中發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的讀寫鎖已被讀鎖定，那么這個(gè)寫鎖定操作將會(huì)等待直至所有施加于該讀寫鎖之上的讀鎖定都被清除。同樣的，在有多個(gè)寫鎖定操作為此而等待的情況下，相應(yīng)的讀鎖定的全部清除只能讓其中的某一個(gè)寫鎖定操作獲得進(jìn)行的機(jī)會(huì)。

現(xiàn)在來關(guān)注寫解鎖和讀解鎖。如果對(duì)一個(gè)未被寫鎖定的讀寫鎖進(jìn)行寫解鎖，那么會(huì)引發(fā)一個(gè)運(yùn)行時(shí)恐慌。類似的，當(dāng)對(duì)一個(gè)未被讀鎖定的讀寫鎖進(jìn)行讀解鎖的時(shí)候也會(huì)引發(fā)一個(gè)運(yùn)行時(shí)恐慌。寫解鎖在進(jìn)行的同時(shí)會(huì)試圖喚醒所有因進(jìn)行讀鎖定而被阻塞的Goroutine。而讀解鎖在進(jìn)行的時(shí)候則會(huì)試圖喚醒一個(gè)因進(jìn)行寫鎖定而被阻塞的Goroutine。

無論鎖定針對(duì)的是寫操作還是讀操作，我們都應(yīng)該盡量及時(shí)的對(duì)相應(yīng)的鎖進(jìn)行解鎖。對(duì)于寫解鎖，我們自不必多說。而讀解鎖的及時(shí)進(jìn)行往往更容易被我們忽視。雖說讀解鎖的進(jìn)行并不會(huì)對(duì)其他正在進(jìn)行中的讀操作產(chǎn)生任何影響，但它卻與相應(yīng)的寫鎖定的進(jìn)行關(guān)系緊密。注意，對(duì)于同一個(gè)讀寫鎖來說，施加在它之上的讀鎖定可以有多個(gè)。因此，只有我們對(duì)互斥鎖進(jìn)行相同數(shù)量的讀解鎖，才能夠讓某一個(gè)相應(yīng)的寫鎖定獲得進(jìn)行的機(jī)會(huì)。否則，后者會(huì)繼續(xù)使進(jìn)行它的Goroutine處于阻塞狀態(tài)。由于sync.RWMutex和*sync.RWMutex類型都沒有相應(yīng)的方法讓我們獲得已進(jìn)行的讀鎖定的數(shù)量，所以這里是很容易出現(xiàn)問題的。還好我們可以使用defer語句來盡量避免此類問題的發(fā)生。請(qǐng)記住，針對(duì)同一個(gè)讀寫鎖的寫鎖定和讀鎖定是互斥的。無論是寫解鎖還是讀解鎖，操作的不及時(shí)都會(huì)對(duì)使用該讀寫鎖的流程的正常執(zhí)行產(chǎn)生負(fù)面影響。

除了我們?cè)谇懊嬖敿?xì)講解的那兩對(duì)方法之外，*sync.RWMutex類型還擁有另外一個(gè)方法——RLocker。這個(gè)RLocker方法會(huì)返回一個(gè)實(shí)現(xiàn)了sync.Locker接口的值。sync.Locker接口類型包含了兩個(gè)方法，即：Lock和Unlock。細(xì)心的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，*sync.Mutex類型和*sync.RWMutex類型都是該接口類型的實(shí)現(xiàn)類型。實(shí)際上，我們?cè)谡{(diào)用*sync.RWMutex類型值的RLocker方法之后所得到的結(jié)果值就是這個(gè)值本身。只不過，這個(gè)結(jié)果值的Lock方法和Unlock方法分別對(duì)應(yīng)了針對(duì)該讀寫鎖的讀鎖定操作和讀解鎖操作。換句話說，我們?cè)趯?duì)一個(gè)讀寫鎖的RLocker方法的結(jié)果值的Lock方法或Unlock方法進(jìn)行調(diào)用的時(shí)候?qū)嶋H上是在調(diào)用該讀寫鎖的RLock方法或RUnlock方法。這樣的操作適配在實(shí)現(xiàn)上并不困難。我們自己也可以很容易的編寫出這些方法的實(shí)現(xiàn)。通過讀寫鎖的RLocker方法獲得這樣一個(gè)結(jié)果值的實(shí)際意義在于，我們可以在之后以相同的方式對(duì)該讀寫鎖中的“寫鎖”和“讀鎖”進(jìn)行操作。這為相關(guān)操作的靈活適配和替換提供了方便。

三、鎖的完整示例

我們下面來看一個(gè)與上述鎖實(shí)現(xiàn)有關(guān)的示例。在Go語言的標(biāo)準(zhǔn)庫代碼包os中有一個(gè)名為File的結(jié)構(gòu)體類型。os.File類型的值可以被用來代表文件系統(tǒng)中的某一個(gè)文件或目錄。它的方法集合中包含了很多方法，其中的一些方法被用來對(duì)相應(yīng)的文件進(jìn)行寫操作和讀操作。

假設(shè)，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)文件來存放數(shù)據(jù)。在同一個(gè)時(shí)刻，可能會(huì)有多個(gè)Goroutine分別進(jìn)行對(duì)此文件的進(jìn)行寫操作和讀操作。每一次寫操作都應(yīng)該向這個(gè)文件寫入若干個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。這若干字節(jié)的數(shù)據(jù)應(yīng)該作為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)塊存在。這就意味著，寫操作之間不能彼此干擾，寫入的內(nèi)容之間也不能出現(xiàn)穿插和混淆的情況。另一方面，每一次讀操作都應(yīng)該從這個(gè)文件中讀取一個(gè)獨(dú)立、完整的數(shù)據(jù)塊。它們讀取的數(shù)據(jù)塊不能重復(fù)，且需要按順序讀取。例如，第一個(gè)讀操作讀取了數(shù)據(jù)塊1，那么第二個(gè)讀操作就應(yīng)該去讀取數(shù)據(jù)塊2，而第三個(gè)讀操作則應(yīng)該讀取數(shù)據(jù)塊3，以此類推。對(duì)于這些讀操作是否可以被同時(shí)進(jìn)行，這里并不做要求。即使它們被同時(shí)進(jìn)行，程序也應(yīng)該分辨出它們的先后順序。

為了突出重點(diǎn)，我們規(guī)定每個(gè)數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度都是相同的。該長(zhǎng)度應(yīng)該在初始化的時(shí)候被給定。若寫操作實(shí)際欲寫入數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度超過了該值，則超出部分將會(huì)被截掉。

當(dāng)我們拿到這樣一個(gè)需求的時(shí)候，首先應(yīng)該想到使用os.File類型。它為我們操作文件系統(tǒng)中的文件提供了底層的支持。但是，該類型的相關(guān)方法并沒有對(duì)并發(fā)操作的安全性進(jìn)行保證。換句話說，這些方法不是并發(fā)安全的。我只能通過額外的同步手段來保證這一點(diǎn)。鑒于這里需要分別對(duì)兩類操作（即寫操作和讀操作）進(jìn)行訪問控制，所以讀寫鎖在這里會(huì)比普通的互斥鎖更加適用。不過，關(guān)于多個(gè)讀操作要按順序且不能重復(fù)讀取的這個(gè)問題，我們需還要使用其他輔助手段來解決。

為了實(shí)現(xiàn)上述需求，我們需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)類型。作為該類型的行為定義，我們先編寫了一個(gè)這樣的接口：

其中，類型Data被聲明為一個(gè)[]byte的別名類型：

而名稱wsn和rsn分別是Writing Serial Number和Reading Serial Number的縮寫形式。它們分別代表了最后被寫入的數(shù)據(jù)塊的序列號(hào)和最后被讀取的數(shù)據(jù)塊的序列號(hào)。這里所說的序列號(hào)相當(dāng)于一個(gè)計(jì)數(shù)值，它會(huì)從1開始。因此，我們可以通過調(diào)用Rsn方法和Wsn方法得到當(dāng)前已被讀取和寫入的數(shù)據(jù)塊的數(shù)量。

根據(jù)上面對(duì)需求的簡(jiǎn)單分析和這個(gè)DataFile接口類型聲明，我們就可以來編寫真正的實(shí)現(xiàn)了。我們將這個(gè)實(shí)現(xiàn)類型命名為myDataFile。它的基本結(jié)構(gòu)如下：

類型myDataFile共有七個(gè)字段。我們已經(jīng)在前面說明過前兩個(gè)字段存在的意義。由于對(duì)數(shù)據(jù)文件的寫操作和讀操作是各自獨(dú)立的，所以我們需要兩個(gè)字段來存儲(chǔ)兩類操作的進(jìn)行進(jìn)度。在這里，這個(gè)進(jìn)度由偏移量代表。此后，我們把woffset字段稱為寫偏移量，而把roffset字段稱為讀偏移量。注意，我們?cè)谶M(jìn)行寫操作和讀操作的時(shí)候會(huì)分別增加這兩個(gè)字段的值。當(dāng)有多個(gè)寫操作同時(shí)要增加woffset字段的值的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生競(jìng)態(tài)條件。因此，我們需要互斥鎖wmutex來對(duì)其加以保護(hù)。類似的，rmutex互斥鎖被用來消除多個(gè)讀操作同時(shí)增加roffset字段的值時(shí)產(chǎn)生的競(jìng)態(tài)條件。最后，由上述的需求可知，數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度應(yīng)該是在初始化myDataFile類型值的時(shí)候被給定的。這個(gè)長(zhǎng)度會(huì)被存儲(chǔ)在該值的dataLen字段中。它與DataFile接口中聲明的DataLen方法是對(duì)應(yīng)的。下面我們就來看看被用來創(chuàng)建和初始化DataFile類型值的函數(shù)NewDataFile。

關(guān)于這類函數(shù)的編寫，讀者應(yīng)該已經(jīng)駕輕就熟了。NewDataFile函數(shù)會(huì)返回一個(gè)DataFile類型值，但是實(shí)際上它會(huì)創(chuàng)建并初始化一個(gè)*myDataFile類型的值并把它作為它的結(jié)果值。這樣可以通過編譯的原因是，后者會(huì)是前者的一個(gè)實(shí)現(xiàn)類型。NewDataFile函數(shù)的完整聲明如下：

可以看到，我們?cè)趧?chuàng)建*myDataFile類型值的時(shí)候只需要對(duì)其中的字段f和dataLen進(jìn)行初始化。這是因?yàn)閣offset字段和roffset字段的零值都是0，而在未進(jìn)行過寫操作和讀操作的時(shí)候它們的值理應(yīng)如此。對(duì)于字段fmutex、wmutex和rmutex來說，它們的零值即為可用的鎖。所以我們也不必對(duì)它們進(jìn)行顯式的初始化。

把變量df的值作為NewDataFile函數(shù)的第一個(gè)結(jié)果值體現(xiàn)了我們的設(shè)計(jì)意圖。但要想使*myDataFile類型真正成為DataFile類型的一個(gè)實(shí)現(xiàn)類型，我們還需要為*myDataFile類型編寫出已在DataFile接口類型中聲明的所有方法。其中最重要的當(dāng)屬Read方法和Write方法。

我們先來編寫*myDataFile類型的Read方法。該方法應(yīng)該按照如下步驟實(shí)現(xiàn)。

(1) 獲取并更新讀偏移量。

(2) 根據(jù)讀偏移量從文件中讀取一塊數(shù)據(jù)。

(3) 把該數(shù)據(jù)塊封裝成一個(gè)Data類型值并將其作為結(jié)果值返回。

其中，前一個(gè)步驟在被執(zhí)行的時(shí)候應(yīng)該由互斥鎖rmutex保護(hù)起來。因?yàn)?，我們要求多個(gè)讀操作不能讀取同一個(gè)數(shù)據(jù)塊，并且它們應(yīng)該按順序的讀取文件中的數(shù)據(jù)塊。而第二個(gè)步驟，我們也會(huì)用讀寫鎖fmutex加以保護(hù)。下面是這個(gè)Read方法的第一個(gè)版本：

可以看到，在讀取并更新讀偏移量的時(shí)候，我們用到了rmutex字段。這保證了可能同時(shí)運(yùn)行在多個(gè)Goroutine中的這兩行代碼：

的執(zhí)行是互斥的。這是我們?yōu)榱双@取到不重復(fù)且正確的讀偏移量所必需采取的措施。

另一方面，在讀取一個(gè)數(shù)據(jù)塊的時(shí)候，我們適時(shí)的進(jìn)行了fmutex字段的讀鎖定和讀解鎖操作。fmutex字段的這兩個(gè)操作可以保證我們?cè)谶@里讀取到的是完整的數(shù)據(jù)塊。不過，這個(gè)完整的數(shù)據(jù)塊卻并不一定是正確的。為什么會(huì)這樣說呢？

請(qǐng)想象這樣一個(gè)場(chǎng)景。在我們的程序中，有3個(gè)Goroutine來并發(fā)的執(zhí)行某個(gè)*myDataFile類型值的Read方法，并有2個(gè)Goroutine來并發(fā)的執(zhí)行該值的Write方法。通過前3個(gè)Goroutine的運(yùn)行，數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)塊被依次的讀取了出來。但是，由于進(jìn)行寫操作的Goroutine比進(jìn)行讀操作的Goroutine少，所以過不了多久讀偏移量roffset的值就會(huì)等于甚至大于寫偏移量woffset的值。也就是說，讀操作很快就會(huì)沒有數(shù)據(jù)可讀了。這種情況會(huì)使上面的df.f.ReadAt方法返回的第二個(gè)結(jié)果值為代表錯(cuò)誤的非nil且會(huì)與io.EOF相等的值。實(shí)際上，我們不應(yīng)該把這樣的值看成錯(cuò)誤的代表，而應(yīng)該把它看成一種邊界情況。但不幸的是，我們?cè)谶@個(gè)版本的Read方法中并沒有對(duì)這種邊界情況做出正確的處理。該方法在遇到這種情況時(shí)會(huì)直接把錯(cuò)誤值返回給它的調(diào)用方。該調(diào)用方會(huì)得到讀取出錯(cuò)的數(shù)據(jù)塊的序列號(hào)，但卻無法再次嘗試讀取這個(gè)數(shù)據(jù)塊。由于其他正在或后續(xù)執(zhí)行的Read方法會(huì)繼續(xù)增加讀偏移量roffset的值，所以當(dāng)該調(diào)用方再次調(diào)用這個(gè)Read方法的時(shí)候只可能讀取到在此數(shù)據(jù)塊后面的其他數(shù)據(jù)塊。注意，執(zhí)行Read方法時(shí)遇到上述情況的次數(shù)越多，被漏讀的數(shù)據(jù)塊也就會(huì)越多。為了解決這個(gè)問題，我們編寫了Read方法的第二個(gè)版本：

在上面的Read方法展示中，我們省略了若干條語句。原因在這個(gè)位置上的那些語句并沒有任何變化。為了進(jìn)一步節(jié)省篇幅，我們?cè)诤竺嬉矔?huì)遵循這樣的省略原則。

第二個(gè)版本的Read方法使用for語句是為了達(dá)到這樣一個(gè)目的：在其中的df.f.ReadAt方法返回io.EOF錯(cuò)誤的時(shí)候繼續(xù)嘗試獲取同一個(gè)數(shù)據(jù)塊，直到獲取成功為止。注意，如果在該for代碼塊被執(zhí)行期間一直讓讀寫鎖fmutex處于讀鎖定狀態(tài)，那么針對(duì)它的寫鎖定操作將永遠(yuǎn)不會(huì)成功，且相應(yīng)的Goroutine也會(huì)被一直阻塞。因?yàn)樗鼈兪腔コ獾?。所以，我們不得不在該for語句塊中的每條return語句和continue語句的前面都加入一個(gè)針對(duì)該讀寫鎖的讀解鎖操作，并在每次迭代開始時(shí)都對(duì)fmutex進(jìn)行一次讀鎖定。顯然，這樣的代碼看起來很丑陋。冗余的代碼會(huì)使代碼的維護(hù)成本和出錯(cuò)幾率大大增加。并且，當(dāng)for代碼塊中的代碼引發(fā)了運(yùn)行時(shí)恐慌的時(shí)候，我們是很難及時(shí)的對(duì)讀寫鎖fmutex進(jìn)行讀解鎖的。即便可以這樣做，那也會(huì)使Read方法的實(shí)現(xiàn)更加丑陋。我們因?yàn)橐幚硪环N邊界情況而去掉了defer df.fmutex.RUnlock()語句。這種做法利弊參半。

其實(shí)，我們可以做得更好。但是這涉及到了其他同步工具。因此，我們以后再來對(duì)Read方法進(jìn)行進(jìn)一步的改造。順便提一句，當(dāng)df.f.ReadAt方法返回一個(gè)非nil且不等于io.EOF的錯(cuò)誤值的時(shí)候，我們總是應(yīng)該放棄再次獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)塊的嘗試而立即將該錯(cuò)誤值返回給Read方法的調(diào)用方。因?yàn)檫@樣的錯(cuò)誤很可能是嚴(yán)重的（比如，f字段代表的文件被刪除了），需要交由上層程序去處理。

現(xiàn)在，我們來考慮*myDataFile類型的Write方法。與Read方法相比，Write方法的實(shí)現(xiàn)會(huì)簡(jiǎn)單一些。因?yàn)楹笳卟粫?huì)涉及到邊界情況。在該方法中，我們需要進(jìn)行兩個(gè)步驟，即：獲取并更新寫偏移量和向文件寫入一個(gè)數(shù)據(jù)塊。我們直接給出Write方法的實(shí)現(xiàn)：

這里需要注意的是，當(dāng)參數(shù)d的值的長(zhǎng)度大于數(shù)據(jù)塊的最大長(zhǎng)度的時(shí)候，我們會(huì)先進(jìn)行截短處理再將數(shù)據(jù)寫入文件。如果沒有這個(gè)截短處理，我們?cè)诤竺嬗?jì)算的已讀數(shù)據(jù)塊的序列號(hào)和已寫數(shù)據(jù)塊的序列號(hào)就會(huì)不正確。

有了編寫前面兩個(gè)方法的經(jīng)驗(yàn)，我們可以很容易的編寫出*myDataFile類型的Rsn方法和Wsn方法：

這兩個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)分別涉及到了對(duì)互斥鎖rmutex和wmutex的鎖定操作。同時(shí)，我們也通過使用defer語句保證了對(duì)它們的及時(shí)解鎖。在這里，我們對(duì)已讀數(shù)據(jù)塊的序列號(hào)rsn和已寫數(shù)據(jù)塊的序列號(hào)wsn的計(jì)算方法與前面示例中的方法是相同的。它們都是用相關(guān)的偏移量除以數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度后得到的商來作為相應(yīng)的序列號(hào)（或者說計(jì)數(shù)）的值。

至于*myDataFile類型的DataLen方法的實(shí)現(xiàn)，我們無需呈現(xiàn)。它只是簡(jiǎn)單地將dataLen字段的值作為其結(jié)果值返回而已。

編寫上面這個(gè)完整示例的主要目的是展示互斥鎖和讀寫鎖在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用。由于還沒有講到Go語言提供的其他同步工具，所以我們?cè)谙嚓P(guān)方法中所有需要同步的地方都是用鎖來實(shí)現(xiàn)的。然而，其中的一些問題用鎖來解決是不足夠或不合適的。我們會(huì)在本節(jié)的后續(xù)部分中逐步的對(duì)它們進(jìn)行改進(jìn)。

從這兩種鎖的源碼中可以看出，它們是同源的。讀寫鎖的內(nèi)部是用互斥鎖來實(shí)現(xiàn)寫鎖定操作之間的互斥的。我們可以把讀寫鎖看做是互斥鎖的一種擴(kuò)展。除此之外，這兩種鎖實(shí)現(xiàn)在內(nèi)部都用到了操作系統(tǒng)提供的同步工具——信號(hào)燈。互斥鎖內(nèi)部使用一個(gè)二值信號(hào)燈（只有兩個(gè)可能的值的信號(hào)燈）來實(shí)現(xiàn)鎖定操作之間的互斥，而讀寫鎖內(nèi)部則使用一個(gè)二值信號(hào)燈和一個(gè)多值信號(hào)燈（可以有多個(gè)可能的值的信號(hào)燈）來實(shí)現(xiàn)寫鎖定操作與讀鎖定操作之間的互斥。當(dāng)然，為了進(jìn)行精確的協(xié)調(diào)，它們還使用到了其他一些字段和變量。由于篇幅原因，我們就不在這里贅述了。如果讀者對(duì)此感興趣的話，可以去閱讀sync代碼包中的相關(guān)源碼文件。