Mutex结构

type Mutex struct {
	state int32
	sema  uint32
}

• state记录锁的状态，转换为二进制前29位表示等待锁的goroutine数量，后三位从左到右分别表示当前g 是否已获得锁、是否被唤醒、是否正饥饿
• 不使用sema 的值，而是用sema的地址值去semaTable中的某棵平衡树上找到该mutex的等待队列。

常量

const (
	mutexLocked = 1 << iota // mutex is locked  //值1，转二进制后三位为001，表示锁已被抢
	mutexWoken                                  //值2，转二进制后三位为010，告诉即将释放锁的g现在已有g被唤醒
	mutexStarving                               //值4，转二进制后三位为100，表示当前处在饥饿状态
	mutexWaiterShift = iota                     //值3，表示mutex.state右移3位为等待锁的goroutine数量
	starvationThresholdNs = 1e6                 //表示mutext切换到饥饿状态所需等待时间的阈值，1ms。
）

Locker接口

type Locker interface {
	Lock()
	Unlock()
}

下面重点看这两个方法。

加锁Lock

Lock()

func (m *Mutex) Lock() {
	// 第一种情况：快上锁，即此刻无人来抢锁
	if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, 0, mutexLocked) {
		if race.Enabled {  //竞争检测相关，不用看
			race.Acquire(unsafe.Pointer(m))
		}
		return
	}
	// 第二种情况：慢上锁，即此刻有竞争对手
	m.lockSlow()
}

• CompareAndSwapInt32(addr *int32, old, new int32) (swapped bool){}，go的CAS操作，底层通过调用cpu指令集提供的CAS指令实现，位置在src/runtime/internal/atomic/atomic_amd64.s/·Cas(SB)。
  1. 参数addr：变量地址
  2. 参数old：旧值
  3. 参数new：新值
  4. 原理：如果addr和old相等，则将new赋值给addr，并且返回true，否则返回false

lockSlow()

// 注释里的第一人称“我”只当前g
func (m *Mutex) lockSlow() {
	var waitStartTime int64	// 等待开始的时间
	starving := false		// 我是否饥饿
	awoke := false			// 我是否被唤醒
	iter := 0				// 我的自旋次数
	old := m.state			// 这个锁此时此刻所有的信息
	for {
		// 如果：锁已经被抢了 或着 正处在饥饿状态 或者 允许我自旋 那么进行自旋
		if old&(mutexLocked|mutexStarving) == mutexLocked && runtime_canSpin(iter) {
			// 如果：我没有处在唤醒态 并且 当前无g处在唤醒态 并且
            // 有等待锁的g 并且CAS尝试将我置为唤醒态成功 则进行自旋
            // 之所以将我置为唤醒态是为了明示那些执行完毕正在退出的g不用再去唤醒其它g了，因为只允许存在一个唤醒的g。
			if !awoke && old&mutexWoken == 0 && old>>mutexWaiterShift != 0 &&
				atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, old|mutexWoken) {
				awoke = true
			}
			runtime_doSpin()	// 我自旋一次
			iter++				// 我自旋次数加1
			old = m.state
			continue
		}
		new := old	// new只是个中间态，后面的cas操作将会判断是否将这个中间态落实
		// 如果不是处在饥饿模式就立即抢锁
		if old&mutexStarving == 0 {
			new |= mutexLocked
		}
        // 如果锁被抢了 或者 处在饥饿模式，那就去排队
		if old&(mutexLocked|mutexStarving) != 0 {
			new += 1 << mutexWaiterShift	// 等待锁的goroutine数量加1
		}
		// 如果我现在饥渴难耐 而且 锁也被抢走了，那就立即将锁置为饥饿模式
		if starving && old&mutexLocked != 0 {
			new |= mutexStarving
		}
		if awoke {
			if new&mutexWoken == 0 {
				throw("sync: inconsistent mutex state")
			}
            // 释放我的唤醒态
            // 因为后面我要么抢到锁要么被阻塞，都不是处在和唤醒态
			new &^= mutexWoken
		}
        //此处CAS操作尝试将new这个中间态落实
		if atomic.CompareAndSwapInt32(&m.state, old, new) {
			if old&(mutexLocked|mutexStarving) == 0 {
				break // 抢锁成功！
			}
			// queueLifo我之前有没有排过队
			queueLifo := waitStartTime != 0
			if waitStartTime == 0 {
				waitStartTime = runtime_nanotime()
			}
            //原语：如果我之前排过队，这次就把我放到等待队列队首，否则把我放到队尾，并将我挂起
			runtime_SemacquireMutex(&m.sema, queueLifo, 1) 
            // 刚被唤醒的我先判断自己是不是饥饿了，如果我等待锁的时间小于starvationThresholdNs（1ms），那就不饿
			starving = starving || runtime_nanotime()-waitStartTime > starvationThresholdNs
			old = m.state
			if old&mutexStarving != 0 {
				// 我一觉醒来发觉锁正处在饥饿状态，苍天有眼这个锁属于我了，因为饥饿状态绝对没有人跟我抢锁
				if old&(mutexLocked|mutexWoken) != 0 || old>>mutexWaiterShift == 0 {
					throw("sync: inconsistent mutex state")
				}
                // delta是一个中间状态，atomic.AddInt32方法将给锁落实这个状态
				delta := int32(mutexLocked - 1<>mutexWaiterShift == 1 {
                    // 如果现在我不饥饿或者等待锁的就我一个，那么就将锁切换到正常状态。
                    // 饥饿模式效率很低，而且一旦有两个g把mutex切换为饥饿模式，那就会死锁。
					delta -= mutexStarving
				}
                // 原语：给锁落实delta的状态。
				atomic.AddInt32(&m.state, delta)
                // 我拿到锁啦
				break
			}
            // 把我的状态置为唤醒，我将继续去抢锁
			awoke = true
            // 把我的自旋次数置0，我又可以自旋抢锁啦
			iter = 0
		} else {
            // 继续去抢锁
			old = m.state
		}
	}

    // 竞争检测的代码，不管
	if race.Enabled {
		race.Acquire(unsafe.Pointer(m))
	}
}

• runtime_canSpin(iter) 判断当前g可否自旋，已经自旋过iter次

  func sync_runtime_canSpin(i int) bool {
  	// 可自旋的条件：
      // 1.多核cpu
      // 2.GOMAXPROCS > 1 且 至少有一个其他的p在运行 且 该p的本地runq为空
      // 3.iter小于最大自旋次数active_spin = 4
  	if i >= active_spin || ncpu <= 1 || gomaxprocs <= int32(sched.npidle+sched.nmspinning)+1 {
    	return false
  	}
    if p := getg().m.p.ptr(); !runqempty(p) {
  		return false
  	}
  	return true
  }
  

• runtime_doSpin()通过调用procyield(n int32)方法来实现空耗CPU，n乃空耗CPU的次数。

  //go:linkname sync_runtime_doSpin sync.runtime_doSpin
  //go:nosplit
  func sync_runtime_doSpin() {
  	procyield(active_spin_cnt)
  }
  

  procyield(active_spin_cnt) 的底层通过执行PAUSE指令来空耗30个CPU时钟周期。

  TEXT runtime·procyield(SB),NOSPLIT,$0-0
  	MOVL	cycles+0(FP), AX
  again:
  	PAUSE
  	SUBL	$1, AX
  	JNZ	again
  	RET
  

• runtime_SemacquireMutex(&m.sema, queueLifo, 1) 将当前g放到mutex的等待队列中去

  //go:linkname sync_runtime_SemacquireMutex sync.runtime_SemacquireMutex
  func sync_runtime_SemacquireMutex(addr *uint32, lifo bool, skipframes int) {
  	semacquire1(addr, lifo, semaBlockProfile|semaMutexProfile, skipframes)
  }
  

  semacquire1(addr *uint32, lifo bool, profile semaProfileFlags, skipframes int) 若lifo为true，则把g放到等待队列队首，若lifo为false，则把g放到队尾

• atomic.AddInt32(int32_t *val, int32_t delta) 原语：给t加上t_delta

  uint32_t
  AddUint32 (uint32_t *val, uint32_t delta)
  {
    return __atomic_add_fetch (val, delta, __ATOMIC_SEQ_CST);
  }
  

解锁Unlock

Unlock

func (m *Mutex) Unlock() {
	if race.Enabled {
		_ = m.state
		race.Release(unsafe.Pointer(m))
	}

	// 如果没有g在等待锁则立即释放锁
	new := atomic.AddInt32(&m.state, -mutexLocked)
	if new != 0 {
		// 如果还有g在等待锁，则在锁释放后需要做一点收尾工作。
		m.unlockSlow(new)
	}
}

unlockSlow

func (m *Mutex) unlockSlow(new int32) {
	if (new+mutexLocked)&mutexLocked == 0 {
		throw("sync: unlock of unlocked mutex")
	}
    // 如果锁处在正常模式下
	if new&mutexStarving == 0 {
		old := new
		for {
			// 如果锁正处在正常模式下，同时 没有等待锁的g 或者 已经有g被唤醒了 或者 锁已经被抢了，就什么也不用做直接返回
			// 如果锁正处在饥饿模式下，也是什么也不用做直接返回
			if old>>mutexWaiterShift == 0 || old&(mutexLocked|mutexWoken|mutexStarving) != 0 {
				return
			}
			// 给锁的唤醒标志位置1，表示已经有g被唤醒了，Mutex.state后三位010
			new = (old - 1<