Go 中 Mutex.sema 信号量：并发控制的利器

2024-01-22 22:07:54

深度剖析 Go 中的 Mutex Sema 信号量

引言
在并发编程中，协调多个协程对共享资源的访问至关重要。Go 中的 Mutex 类型提供了一种机制来实现这种协调，而 Mutex.sema 则是一个鲜为人知但功能强大的元素，可以进一步增强并发性控制。

什么是 Mutex？
Mutex（互斥锁）是一种同步原语，允许一次只允许一个协程访问临界区（共享资源的代码部分）。当一个协程获取 Mutex 时，它会将 Mutex 标记为已锁定，从而阻止其他协程访问临界区。一旦协程释放 Mutex，其他协程就可以获取它。

什么是 Sema？
Sema（信号量）是一种同步原语，允许限制同时可以访问临界区的协程数。与 Mutex 类似，Sema 使用整数值来表示可用资源的数量。当一个协程获取 Sema 时，它会将值减 1。当值降至 0 时，其他协程将被阻塞，直到该值再次变为正数。

Mutex.sema
Mutex.sema 是 Mutex 类型的一个未导出字段。它是一个 int32 值，表示当前可用的 Sema 数量。当 Mutex 被锁定时，Mutex.sema 将减 1。当 Mutex 被解锁时，Mutex.sema 将加 1。

Mutex.sema 的用法
Mutex.sema 可用于限制同时可以访问临界区的协程数。这可以通过以下方式实现：

获取 Mutex： 协程通过调用 Mutex.Lock() 获取 Mutex。
检查 Sema： 协程检查 Mutex.sema 的值是否大于 0。如果小于 0，则协程将被阻塞。
使用临界区： 如果 Mutex.sema 大于 0，协程可以安全地访问临界区。
释放 Mutex： 协程通过调用 Mutex.Unlock() 释放 Mutex。这将将 Mutex.sema 加 1，并可能解除对其他协程的阻塞。

示例
以下示例展示了如何使用 Mutex.sema 限制同时可以访问临界区的协程数：

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

func main() {
    // 创建一个 Mutex
    var mu sync.Mutex

    // 初始化 Mutex.sema 为 2
    mu.sema = 2

    // 创建一个WaitGroup来等待所有协程完成
    var wg sync.WaitGroup

    // 创建 5 个协程来访问临界区
    for i := 0; i < 5; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(i int) {
            defer wg.Done()

            // 获取 Mutex
            mu.Lock()

            // 检查 Mutex.sema
            if mu.sema < 0 {
                fmt.Println("协程", i, "被阻塞")
                time.Sleep(time.Second * 2)
            }

            // 使用临界区
            fmt.Println("协程", i, "正在访问临界区")
            time.Sleep(time.Second * 1)

            // 释放 Mutex
            mu.Unlock()
        }(i)
    }

    // 等待所有协程完成
    wg.Wait()
}