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mutex锁的同步机制有哪些创新突破

Mutex(互斥锁)是一种同步机制,用于防止多个线程同时访问共享资源,从而避免数据竞争和不一致性。以下是关于mutex锁的同步机制的创新突破:

乐观自旋

乐观自旋是一种优化技术,当线程尝试获取已被占用的锁时,它会先进行自旋等待,而不是立即进入阻塞状态。这种方法在锁被短暂持有的情况下非常有效,因为它避免了上下文切换的开销。如果自旋一段时间后锁仍然不可用,线程会进入阻塞状态,让出CPU时间片给其他线程。

MCS锁

为了解决多个CPU争用锁导致的CPU高速缓存颠簸问题,Linux内核引入了MCS锁(Multi-Core Synchronization)。MCS锁通过将锁的状态与CPU核心关联起来,减少了缓存争用,提高了多核环境下的性能。

自旋锁的排队机制

自旋锁的排队机制类似于银行柜台的排队叫号系统。当一个线程尝试获取锁时,如果锁已被占用,它会获取一个排队号,并在等待队列中等待。当锁释放时,等待队列中的下一个线程会被唤醒并尝试获取锁。

锁的粒度控制

通过减小锁的粒度,可以限制锁保护的资源范围,从而减少锁的持有时间,提高并发性能。这要求开发者在设计锁时,尽量只锁定必要的资源,并在操作完成后尽快释放锁。

读写锁(RWMutex)

读写锁允许多个读操作同时进行,但写操作会阻塞所有其他操作。这在读多写少的场景下能显著提高性能。Go语言中的sync.RWMutex就是这种锁的一个例子。

锁的公平性改进

为了解决协程在抢锁时的公平性问题,Go语言对mutex进行了改进,使得CPU上的协程也有机会抢锁,而不是严格按照先进先出(FIFO)的顺序排队。

锁的饥饿问题解决

通过引入饥饿状态,当协程等待时长超过一定阈值时,mutex会进入饥饿状态,此时锁的执行权会由解锁的协程直接交给队列头部的协程,避免了协程长时间饥饿的问题。

这些创新突破不仅提高了mutex锁的性能,还增强了其在多线程和多核环境中的适用性和稳定性。

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