Go语言同步原语与数据竞争:Mutex 与 RWMutex

在Go语言并发程序中,当多个 goroutine 同时读写同一共享变量时,如果不加以控制,会引发数据竞争(race condition),导致程序行为不可预期。

Go 提供了多种同步原语,最基本的就是 sync.Mutexsync.RWMutex


一、什么是数据竞争?

数据竞争发生在两个或多个 goroutine 同时访问相同的内存地址,并且至少有一个是写操作,且未使用同步机制。

表现包括:

  • • 输出错乱、值错误
  • • 程序崩溃或逻辑失常
  • • 非确定性 bug(最难排查)

二、sync.Mutex:互斥锁

sync.Mutex 是最常见的锁,用于保护临界区,使得同一时间只有一个 goroutine 可以进入。

示例:未加锁的并发写入(错误)

css 复制代码
var counter int

func increment() {
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        counter++
    }
}

func main() {
    for i := 0; i < 10; i++ {
        go increment()
    }
    time.Sleep(time.Second)
    fmt.Println("Counter:", counter) // 不确定输出
}

正确使用 Mutex 加锁

arduino 复制代码
var (
    counter int
    mutex   sync.Mutex
)

func increment() {
    for i := 0; i < 1000; i++ {
        mutex.Lock()
        counter++
        mutex.Unlock()
    }
}

三、sync.RWMutex:读写互斥锁

相比 Mutexsync.RWMutex 提供了更细粒度的控制:

操作 行为说明
Lock() 获取写锁,所有读写都被阻塞
RLock() 获取读锁,允许多个同时读
写锁优先级高 有写者等待时,新的读锁会被阻止

示例:多个读协程同时访问共享资源

go 复制代码
type SafeMap struct {
    data map[string]string
    mu   sync.RWMutex
}

func (s *SafeMap) Get(key string) string {
    s.mu.RLock()
    defer s.mu.RUnlock()
    return s.data[key]
}

func (s *SafeMap) Set(key, val string) {
    s.mu.Lock()
    defer s.mu.Unlock()
    s.data[key] = val
}

四、使用场景对比

场景 推荐使用
多个读协程 + 偶尔写 RWMutex
频繁读写,互斥访问临界区 Mutex
极端并发 + 只读数据 无需加锁(只读)
精确锁粒度对性能有重要影响的系统 RWMutex 可调优

五、避免死锁的建议

  • 加锁后一定记得解锁 ,推荐使用 defer
  • • 避免多个锁嵌套加锁(容易形成死锁环)
  • • 尽量缩小加锁范围,不要锁整个函数
  • • 避免在持锁状态下调用外部函数(可能阻塞)

六、使用 -race 检查数据竞争

Go 提供了内置的竞态检测工具:

go 复制代码
go run -race main.go

可自动分析是否存在数据竞争,是并发调试的利器。


七、小结

  • sync.Mutex 是最基础的并发控制工具,适用于串行化访问。
  • sync.RWMutex 适用于读多写少的场景,提升并发效率。
  • • 使用锁时一定要小心死锁与性能瓶颈,配合 -race 工具排查隐患。

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