面试题：Go中RWMutex锁升级场景及原理

Question

请阐述在Go语言中，RWMutex锁从读锁升级为写锁的场景是什么，以及其内部实现原理是怎样的？

Answer 1

读锁升级为写锁的场景

在Go语言中，通常在读多写少的场景下，可能会希望将读锁升级为写锁。例如，一个缓存系统，大部分操作是读取缓存数据，但偶尔需要更新缓存。开始时可能有多个读操作同时进行（使用读锁），当需要更新缓存数据时，就需要将读锁升级为写锁，以保证数据一致性，防止在更新数据时其他读操作获取到不一致的数据。

内部实现原理

1. 数据结构：RWMutex 结构体包含几个字段，其中 state 字段是一个32位的整数，高16位用于记录读锁的数量，低16位用于记录写锁的状态（0表示未锁定，1表示锁定）。
2. 读锁升级为写锁：
   • 当持有读锁的goroutine想要升级为写锁时，它不能直接升级。因为在持有读锁期间，可能有其他goroutine也持有读锁。
   • 首先，需要释放所有的读锁，使得 state 高16位的读锁计数变为0。
   • 然后获取写锁，即设置 state 低16位为1。这个过程中，RWMutex 内部会通过原子操作来修改 state 字段的值，以保证操作的原子性和线程安全性。同时，可能会使用操作系统的同步原语（如futex）来实现阻塞和唤醒goroutine，确保在写锁获取和释放过程中，其他试图获取读锁或写锁的goroutine能正确地等待和被唤醒。