面试题：Go语言中Mutex锁公平性对性能有哪些典型影响

Question

在Go语言里，简述Mutex锁的公平性机制，并且说明公平性设置为true或false时，对程序性能会产生哪些不同方面的典型影响，举例说明可能出现的场景差异。

Answer 1

Mutex锁的公平性机制

在Go语言中，sync.Mutex默认是非公平的。公平性指的是锁的获取顺序是否遵循请求顺序。

• 公平锁：当设置为公平锁（Go语言中没有直接设置公平性的方法，但通过一些方式可以模拟）时，等待时间最长的goroutine会优先获取锁。这意味着锁的授予是按照请求顺序进行的，类似于队列，先来先服务。
• 非公平锁：sync.Mutex默认是非公平的。在非公平锁的情况下，当锁被释放时，新到达的goroutine有机会在等待队列中的goroutine之前获取锁。这是因为非公平锁在释放锁后，会首先尝试让新请求的goroutine获取锁，如果获取失败才会从等待队列中唤醒一个goroutine。

公平性设置为true或false对程序性能的影响

1. 公平锁（true）
   • 优点：避免了goroutine饥饿问题，所有等待的goroutine都有机会按顺序获取锁，适用于对公平性要求较高的场景，比如资源分配场景，确保每个请求都能被公平对待。
   • 缺点：性能相对较低。因为公平锁需要维护一个等待队列，每次锁的获取和释放都需要对队列进行操作，增加了额外的开销。而且由于新请求的goroutine不能立即获取锁，可能会导致CPU利用率降低。
   • 场景举例：假设有多个goroutine需要访问共享的数据库连接池资源。如果使用公平锁，每个goroutine都能按照请求顺序获取连接，不会出现某个goroutine长时间获取不到连接的情况。但由于公平锁的队列操作开销，在高并发场景下，整体的数据库操作吞吐量可能会降低。
2. 非公平锁（false）
   • 优点：性能较高。由于新请求的goroutine有机会在等待队列中的goroutine之前获取锁，减少了上下文切换和队列操作的开销，提高了CPU利用率，在高并发场景下能获得更好的吞吐量。
   • 缺点：可能会导致某些goroutine饥饿，即长时间无法获取锁。因为新请求的goroutine可能会不断抢占等待队列中goroutine的锁获取机会。
   • 场景举例：在一个Web服务器中处理大量短时间的HTTP请求。使用非公平锁，新到达的请求有机会快速获取锁并处理，提高了整体的请求处理速度。但如果有一些处理时间较长的请求，可能会导致其他请求长时间等待，出现饥饿现象。