面试题：Go语言RWMutex锁如何实现读写并发控制的优化？

Question

深入分析Go语言RWMutex锁的实现机制，说明它是如何通过内部数据结构和算法来优化读写并发控制的，比如在高并发读场景下如何避免写锁的饥饿问题，以及读锁之间是如何高效共享资源的。

Answer 1

1. RWMutex内部数据结构

Go语言的RWMutex主要包含两个字段：

• w：一个信号量，表示写锁。当有写操作时，w的值会大于0，其他读写操作需要等待。
• readerCount：表示当前正在进行读操作的数量。
• readerWait：记录在写操作开始时，已经存在的读操作数量，用于写操作完成后唤醒等待的读操作。

2. 写锁实现机制

当一个写操作尝试获取写锁时：

1. 首先通过atomic.AddInt32将readerCount减去一个很大的负数（-rwmutexMaxReaders），这样后续的读操作尝试获取读锁时会发现readerCount为负数，从而等待写操作完成。
2. 然后获取w信号量，如果获取成功，则写锁获取成功，可以进行写操作。
3. 写操作完成后，通过atomic.AddInt32将readerCount加上rwmutexMaxReaders，并释放w信号量，唤醒等待的读操作。

3. 读锁实现机制

当一个读操作尝试获取读锁时：

1. 首先通过atomic.AddInt32增加readerCount的值，表示有新的读操作开始。
2. 检查readerCount是否为负数，如果是负数，说明有写操作正在进行或者等待，读操作需要等待。
3. 读操作完成后，通过atomic.AddInt32减少readerCount的值。如果减少后readerCount的值为0，且有写操作在等待（readerWait大于0），则唤醒等待的写操作。

4. 避免写锁饥饿问题

• 读锁限流：当写操作开始时，通过将readerCount减去rwmutexMaxReaders，限制后续读操作的获取，使得写操作不会因为持续的读操作而饥饿。
• 公平唤醒：写操作完成后，会根据readerWait的值唤醒等待的读操作，确保读操作按照等待顺序被唤醒，进一步保证写操作的公平性。

5. 读锁高效共享资源

• 轻量级同步：读锁之间通过atomic.AddInt32和atomic.LoadInt32等原子操作来维护readerCount，这些操作开销相对较小，在高并发读场景下能够高效共享资源。
• 并发读支持：多个读操作可以同时获取读锁，只要没有写操作进行，读操作之间不会相互阻塞，从而提高了并发读的效率。