面试题：Go中RWMutex锁实现原理及自定义优化

Go语言RWMutex锁底层实现原理

数据结构：

RWMutex结构体定义在src/sync/rwmutex.go中，其核心字段如下：

type RWMutex struct {
    w           Mutex  // 用于写操作的互斥锁
    writerSem   uint32 // 写信号量，用于阻塞写操作
    readerSem   uint32 // 读信号量，用于阻塞读操作
    readerCount int32  // 记录当前活跃的读操作数量
    readerWait  int32  // 记录等待写操作完成的读操作数量
}

读操作（RLock）：
- 首先，readerCount加1。如果readerCount变为负数，说明有写操作正在进行或者等待，此时当前读操作需要阻塞。
- 通过atomic.AddInt32(&rw.readerCount, 1)增加读操作计数。
- 如果readerCount为负，调用runtime_SemacquireMutex(&rw.readerSem, false, 0)获取读信号量，进入等待状态，直到写操作完成并释放读信号量。
读解锁（RUnlock）：
- readerCount减1。如果readerCount变为0，说明没有活跃的读操作了，如果有写操作等待（readerWait不为0），则通过runtime_Semrelease(&rw.writerSem, false, 1)释放写信号量，唤醒一个等待的写操作。
- 通过atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -1)减少读操作计数。
写操作（Lock）：
- 首先获取w互斥锁，这一步保证同一时间只有一个写操作可以进入临界区。
- 然后记录当前活跃的读操作数量readerCount到readerWait，并将readerCount设为负数，这样后续的读操作会被阻塞。
- 接着循环等待，直到readerCount变为0，即所有读操作都完成，此时调用runtime_SemacquireMutex(&rw.writerSem, true, 0)获取写信号量。
写解锁（Unlock）：
- 释放w互斥锁。
- 将readerCount恢复为原来的值（正数），同时通过runtime_Semrelease(&rw.readerSem, true, 0)释放读信号量，唤醒所有等待的读操作。

极端读多写少场景优化设计与实现

设计思路：
- 采用读写分离的思想，对于读操作，尽量避免与写操作的竞争。可以考虑使用缓存机制，让读操作优先从缓存获取数据，减少对共享资源的直接读取，从而降低读锁的竞争。
- 对于写操作，采用批量处理的方式，减少写操作的频率。例如，在内存中维护一个写操作队列，当队列达到一定长度或者经过一定时间，再进行一次批量写操作。

实现示例：

package main

import (
    "container/list"
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

type RWCache struct {
    cache      map[string]interface{}
    rwMutex    sync.RWMutex
    writeQueue *list.List
    writeTimer *time.Timer
    mutex      sync.Mutex
}

func NewRWCache() *RWCache {
    rwc := &RWCache{
        cache:      make(map[string]interface{}),
        writeQueue: list.New(),
        writeTimer: time.NewTimer(5 * time.Second),
    }
    go rwc.flushQueue()
    return rwc
}

func (rwc *RWCache) Get(key string) (interface{}, bool) {
    rwc.rwMutex.RLock()
    defer rwc.rwMutex.RUnlock()
    value, exists := rwc.cache[key]
    return value, exists
}

func (rwc *RWCache) Set(key string, value interface{}) {
    rwc.mutex.Lock()
    rwc.writeQueue.PushBack(&writeOp{key, value})
    if rwc.writeQueue.Len() >= 10 {
        rwc.flushQueue()
    }
    rwc.mutex.Unlock()
}

type writeOp struct {
    key   string
    value interface{}
}

func (rwc *RWCache) flushQueue() {
    for {
        select {
        case <-rwc.writeTimer.C:
            rwc.mutex.Lock()
            for e := rwc.writeQueue.Front(); e != nil; e = e.Next() {
                op := e.Value.(*writeOp)
                rwc.rwMutex.Lock()
                rwc.cache[op.key] = op.value
                rwc.rwMutex.Unlock()
            }
            rwc.writeQueue.Init()
            rwc.writeTimer.Reset(5 * time.Second)
            rwc.mutex.Unlock()
        }
    }
}

在上述代码中：
- RWCache结构体包含一个缓存cache，一个读写锁rwMutex，一个写操作队列writeQueue和一个定时器writeTimer。
- Get方法使用读锁来读取缓存数据。
- Set方法将写操作加入队列，当队列长度达到10或者定时器到期时，进行批量写操作。
- flushQueue方法在后台运行，负责处理写队列中的操作。这样在极端读多写少场景下，可以有效减少写操作对读操作的影响，提高整体性能。

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极端读多写少场景优化设计与实现