Go并发同步Mutex典型易错使用场景

Mutex的4种易错使用场景

1.Lock/Unlock 不成对出现

Lock/Unlock 没有成对出现，就可能会出现死锁或者是因为Unlock一个未加锁的Mutex而导致 panic。

忘记Unlock的情形

• 代码中有太多的 if-else 分支，可能在某个分支中漏写了 Unlock；

• 在重构的时候把 Unlock 给删除了；

• Unlock 误写成了 Lock。

忘记Lock的情形一般是误删除了或者注释掉了Lock。

eg:

func main() {
  var mu sync.Mutex
  defer mu.Unlock()
  fmt.Println("oh, missing Lock!")
}

error result:

2.Copy 已使用的 Mutex

实际上sync包下的同步原语在使用后都是不可复制的，原因在于Mutex是有状态的，其state的值时刻在变化，如果复制一个已经加锁的Metux对象给一个新的变量，可能这个变量刚初始化就显示被加锁了，这显然是不合理的。

eg:以下代码在调用 foo 函数的时候，调用者会复制 Mutex 变量 c 作为 foo 函数的参数，不幸的是，复制之前已经使用了这个锁，这就导致，复制的 Counter 是一个带状态 Counter，从而会导致死锁。

type Counter struct {
  sync.Mutex
  Count int
}
func main() {
  var c Counter
  c.Lock()
  defer c.Unlock()
  c.Count++
  foo(c) // 复制锁
}
// 这里Counter的参数是通过复制的方式传入的
func foo(c Counter) {
  c.Lock()
  defer c.Unlock()
  fmt.Println("in foo")
}

error result:还好有Go的协程死锁检查机制，程序运行后会快速失败而不是一直hang住。

Go Vet指令

我们当然不想程序运行了才发现死锁，我们可以通过go vet指令来在运行前检查我们的代码是否存在lock copy问题:

检查原理

检查是通过copylock分析器静态分析实现的。这个分析器会分析函数调用、range 遍历、复制、声明、函数返回值等位置，有没有锁的值 copy 的情景，以此来判断有没有问题。

通过源码我们可以看到实现了Lock或者Unlock接口的struct都支持copylock检查。

var lockerType *types.Interface
// Construct a sync.Locker interface type.
func init() {
    nullary := types.NewSignature(nil, nil, nil, false) // func()
    methods := []*types.Func{
    types.NewFunc(token.NoPos, nil, "Lock", nullary),
    types.NewFunc(token.NoPos, nil, "Unlock", nullary),
}
lockerType = types.NewInterface(methods, nil).Complete()
}

3.重入

Mutex不像Java中的ReentrantLock拥有可重入的功能，主要是因为其实现中没有标记位记录哪个goroutine 拥有这把锁，所以Mutex是一个不可重入锁,而一旦误用Mutex的重入就会报错。

eg:

func foo(l sync.Locker) {
  fmt.Println("in foo")
  l.Lock()
  bar(l)
  l.Unlock()
}
func bar(l sync.Locker) {
  l.Lock()
  fmt.Println("in bar")
  l.Unlock()
}
func main() {
  l := &sync.Mutex{}
  foo(l)
}

error result:我们可以看到当在bar方法中尝试再次获取锁时，获取不到，触发了死锁。

4.死锁

两个或两个以上的进程（或线程，goroutine）

执行过程中，因争夺共享资源而处于一种互相等待的状态，如果没有外部干涉，它们都将无法推进下去，此时，我们称系统处于死锁状态或系统产生了死锁。

死锁产生的4个必要条件

如果想避免死锁，我们只要思考如何打破以下任意条件就可以。

• 1.互斥： 至少一个资源是被排他性独享的，其他线程必须处于等待状态，直到资源被释放。

• 2.持有和等待：goroutine 持有一个资源，并且还在请求其它 goroutine 持有的资源，也就是咱们常说的“吃着碗里，看着锅里”的意思。

• 3. 不可剥夺：资源只能由持有它的 goroutine 来释放。

• 4.环路等待：一般来说，存在一组等待进程，P={P1，P2，…，PN}，P1 等待 P2 持有的

资源，P2 等待 P3 持有的资源，依此类推，最后是 PN 等待 P1 持有的资源，这就形成
了一个环路等待的死结。

eg:在这里我们以办理居住证业务，举一个简单的环路等待导致死锁的例子:

//办理居住证
func main() {
  // 网签中心证明
  var psCertificate sync.Mutex
  // 社区证明
  var propertyCertificate sync.Mutex
  var wg sync.WaitGroup
  wg.Add(2) // 需要网签中心和社区都处理
  // 网签中心处理goroutine
  go func() {
     defer wg.Done() // 网签中心处理完成
     psCertificate.Lock()
     defer psCertificate.Unlock()
     // 检查材料
     time.Sleep(5 * time.Second)
     // 请求社区的证明
     propertyCertificate.Lock()
     propertyCertificate.Unlock()
  }()
  // 社区处理goroutine
  go func() {
     defer wg.Done() // 社区处理完成
     propertyCertificate.Lock()
     defer propertyCertificate.Unlock()
     // 检查材料
     time.Sleep(5 * time.Second)
     // 请求网签中心的证明
     psCertificate.Lock()
     psCertificate.Unlock()
  }()
  wg.Wait()
  fmt.Println("成功完成")
}

error result:

解决策略

1.可以引入一个第三方的锁，大家都依赖这个锁进行业务处理，比如现在政府推行的一站式政务服务中心。

2.解决持有等待问题，比如社区不需要看到网签中心的证明才给开居住证明。

来源：https://juejin.cn/post/7101531692698959886