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先看下go的sync.mutex是什么

type Mutex struct {state int32sema  uint32
}

这里面有个sema，这个就是信号量。

什么是信号量？

什么是信号量？_kina100的博客-CSDN博客

其实通俗的来说，信号量就是信号灯，但是他不是个灯，他是一个变量，这个变量通过值来承担信号功能，比如值为0的时候，我们称之为假，值为1的时候我们称之为真，这就是信号量。

sema在mutex里面是怎么实现的？

在go的sync.mutex里面 sema表面上来看就是个uint32，但是实际上他底层是一个semaRoot结构体：

type semaRoot struct {lock  mutextreap *sudog        // root of balanced tree of unique waiters.nwait atomic.Uint32 // Number of waiters. Read w/o the lock.
}

semaRoot里面有三个成员，分别是：

1，lock，这是一个mutex类型，要注意的是，这不是sync包里面的mutex，这是runtime2包里面的mutex，关于runtime包里的mutex其实用的地方也非常多，可以看看这个go中runtime包里面的mutex是什么？runtime.mutex解析_kina100的博客-CSDN博客

 这个lock锁主要的作用是保护semaRoot结构体的访问，防止多个goroutine竞争访问semaroot的时候出现并发问题。

2， treap实际上是一个平衡树（balanced tree）的root节点,他的主要作用其实就是存等待这个锁的goroutine，当一个g进来请求锁的时候，如果锁没有得到，就开始进入等待，他会被包装成一个sudog然后进入到treap里面，启动休眠，当上一个拿到锁的g释放锁后，就会从treap里取出一个sudog唤醒获得锁

3，nwait记录下现在等待该锁的g的数量，原则上来说和treap的数量是一致的

如何加锁？

先看一个重要的方法，如何控制sema信号量

// 获取信号量
func cansemacquire(addr *uint32) bool {for {// 这里说明一下，sema如果大于0，说明资源充足不需要竞争，如果sema等于0，代表资源紧张，需要互斥竞争同一资源了，协程若没竞争到资源就进入等待状态了// 这里的sema的数值是在启用的时候就已经初始化设定的// 也就说，如果我们不设定sema数值，而他的初始值就是0，那么sema锁在这一步永远都是renturn false的，反过来说，他已经退化成一个只有treap的队列，这个很重要，因为在go的底层，很多地方都这么用，他不用sema锁，而是用了semaroot结构体当做一个存储g的队列，比如sync.mutex就是这么用的v := atomic.Load(addr)if v == 0 {// 拿不到，你回去等着吧-->包装成sudog，进入treap进行等候return false}// 交换数值，-1，返回trueif atomic.Cas(addr, v, v-1) {return true}}
}

再看加锁的方法：

func semacquire1(addr *uint32, lifo bool, profile semaProfileFlags, skipframes int, reason waitReason) {// 获取当前操作该锁的goroutinegp := getg()// gp.m.curg  就是指向当前线程（M）上正在执行的 goroutine 的指针。// 判断获取的g是否是g所属m当前运行的g，防止你正在操作锁的时候，m已经切换到下一个g了if gp != gp.m.curg {throw("semacquire not on the G stack")}// 尝试获取sema信号,获取成功就返回，意思是拿到锁了if cansemacquire(addr) {return}// 没拿到锁// 初始化创建一个sudog对象s := acquireSudog()// 获取全局的sematable的根节点，这个地方有点难以理解，go的整个全局最大能同时存在251个semaroot，实际上在快速处理的情况下，go很难同时把251个都塞满，极端情况下塞满的话，就得考虑分布式拆分服务了，单个服务已经庞大到需要同时存在251把锁，这服务的复杂度难以想象root := semtable.rootFor(addr)t0 := int64(0)s.releasetime = 0s.acquiretime = 0s.ticket = 0// 这个是阻塞分析用的，一般来说不用管，除非你搞底层研究，阻塞分析需要记录时间，这里的逻辑都是处理时间的if profile&semaBlockProfile != 0 && blockprofilerate > 0 {t0 = cputicks()s.releasetime = -1}if profile&semaMutexProfile != 0 && mutexprofilerate > 0 {if t0 == 0 {t0 = cputicks()}s.acquiretime = t0}// 循环处理for {// 按一定的规则判断锁的顺序，如果不按这个顺序，直接判定为死锁，一般不用管，必须开启GOEXPERIMENT=staticlockranking才有这玩意，这玩意默认关闭lockWithRank(&root.lock, lockRankRoot)// 等待锁的g的计数器+1root.nwait.Add(1)// 再次尝试获取锁。成功就退出循环，没啥好说的if cansemacquire(addr) {root.nwait.Add(-1)unlock(&root.lock)break}// 再次尝试也没拿到锁，进入treap的那个队列root.queue(addr, s, lifo)// 执行gopark，这方法非常重要，但是不需要关注，gopark是go语言底层的一个方法，他的作用是让goroutine挂起等待，换个说法就是休眠，等待被唤醒。它广泛存在于go底层中，但是因为是底层，所以一般来说和应用开发员关系不大，只需要知道他的作用是让g休眠就行goparkunlock(&root.lock, reason, traceEvGoBlockSync, 4+skipframes)// 从阻塞中被唤醒了，开始获取锁，没有获取成功，继续for循环if s.ticket != 0 || cansemacquire(addr) {break}}// 依然是阻塞分析不用管if s.releasetime > 0 {blockevent(s.releasetime-t0, 3+skipframes)}// 释放sudog，已经拿到锁就释放了releaseSudog(s)
}

如何解锁？

func semrelease1(addr *uint32, handoff bool, skipframes int) {// 通过addr在全局的sematable的里找对应的semaroot，和加锁那边一样root := semtable.rootFor(addr)// 给sema信号+1，意思是释放锁atomic.Xadd(addr, 1)// 查是否有等待的 Goroutine，即等待在锁上的 Goroutine 数量。如果没有等待的 Goroutine，则返回，不需要唤醒其他 Goroutine。if root.nwait.Load() == 0 {return}// 对semaroot里面的lock进行操作上锁，防止冲突lockWithRank(&root.lock, lockRankRoot)// 再次检查是否有等待的gif root.nwait.Load() == 0 {//如果没有等待的g//解锁semaroot的lockunlock(&root.lock)return}// 如果有等待的g// 从等待队列里取出一个等待的sudog，让他开始他的逻辑s, t0 := root.dequeue(addr)if s != nil {// 如果treap里面不为空，取出sudog成功，就把等待数量-1root.nwait.Add(-1)}//解锁semaroot的lockunlock(&root.lock)if s != nil {// 检测用的，不用管acquiretime := s.acquiretimeif acquiretime != 0 {mutexevent(t0-acquiretime, 3+skipframes)}if s.ticket != 0 {throw("corrupted semaphore ticket")}if handoff && cansemacquire(addr) {s.ticket = 1}readyWithTime(s, 5+skipframes)// 当g的m不持有其他锁的时候才允许调度if s.ticket == 1 && getg().m.locks == 0 {// 行协程的切换操作，将当前 Goroutine 切换出执行，并且将等待的 Goroutine 放入当前的 P 的本地运行队列，以便被尽快执行。// 这里会优先分配给本地队列，在饥饿状态下，切换非常的直接，会直接让切换的g使用当前g没有用完的时间片goyield()}}
}