Go语言中 sync 包里提供了互斥锁 Mutex 和读写锁 RWMutex 用于处理并发过程中可能出现同时两个或多个协程（或线程）读或写同一个变量的情况。

为什么需要锁

锁是 sync 包中的核心，它主要有两个方法，分别是加锁（Lock）和解锁（Unlock）。

在并发的情况下，多个线程或协程同时其修改一个变量，使用锁能保证在某一时间内，只有一个协程或线程修改这一变量。

不使用锁时，在并发的情况下可能无法得到想要的结果，如下所示：

package main

import (
	"fmt"
	"time"
)

func main() {
	var a = 0
	for i := 0; i < 1000; i++ {
		go func(idx int) {
			a += 1
			fmt.Println(a)
		}(i)
	}
	time.Sleep(time.Second)
}

从理论上来说，上面的程序会将 a 的值依次递增输出，然而实际结果却是下面这样子的。

305
449
451
307
730
735
737
743
456
457
458
312
460

通过运行结果可以看出 a 的值并不是按顺序递增输出的，这是为什么呢？

协程的执行顺序大致如下所示：

• 从寄存器读取 a 的值；
• 然后做加法运算；
• 最后写到寄存器。

按照上面的顺序，假如有一个协程取得 a 的值为 3，然后执行加法运算，此时又有一个协程对 a 进行取值，得到的值同样是 3，最终两个协程的返回结果是相同的。

而锁的概念就是，当一个协程正在处理 a 时将 a 锁定，其它协程需要等待该协程处理完成并将 a 解锁后才能再进行操作，也就是说同时处理 a 的协程只能有一个，从而避免上面示例中的情况出现。 

互斥锁 Mutex

上面的示例中出现的问题怎么解决呢？加一个互斥锁 Mutex 就可以了。那什么是互斥锁呢 ？互斥锁中其有两个方法可以调用，如下所示：

func (m *Mutex) Lock()
func (m *Mutex) Unlock()

将上面的代码略作修改，如下所示：

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	var a = 0
	var lock sync.Mutex
	for i := 0; i < 1000; i++ {
		go func(idx int) {
			lock.Lock()
			defer lock.Unlock()
			a += 1
			fmt.Printf("协程： %d, a=%d\n", idx, a)
		}(i)
	}
	// 等待 1s 结束主程序
	// 确保所有协程执行完
	time.Sleep(time.Second)
}

运行结果如下：

协程： 961, a=978
协程： 962, a=979
协程： 959, a=980
协程： 970, a=981
协程： 960, a=982
协程： 967, a=983
协程： 973, a=984
协程： 971, a=985
协程： 963, a=986
协程： 972, a=987
协程： 982, a=988
协程： 977, a=989
协程： 986, a=990
协程： 983, a=991
协程： 979, a=992
协程： 980, a=993
协程： 984, a=994
协程： 987, a=995
协程： 981, a=996
协程： 988, a=997
协程： 997, a=998
协程： 995, a=999
协程： 993, a=1000

需要注意的是一个互斥锁只能同时被一个 goroutine 锁定，其它 goroutine 将阻塞直到互斥锁被解锁（重新争抢对互斥锁的锁定），示例代码如下：

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
	"time"
)

func main() {
	ch := make(chan struct{}, 2)
	var l sync.Mutex
	go func() {
		l.Lock()
		defer l.Unlock()
		fmt.Println("goroutine1: 我会锁定大概 5s")
		time.Sleep(time.Second * 5)
		fmt.Println("goroutine1: 我解锁了，你们去抢吧")
		ch <- struct{}{}
	}()
	go func() {
		fmt.Println("goroutine2: 等待解锁")
		l.Lock()
		defer l.Unlock()
		fmt.Println("goroutine2: 欧耶，我也解锁了")
		ch <- struct{}{}
	}()
	// 等待 goroutine 执行结束
	for i := 0; i < 2; i++ {
		<-ch
	}
}

上面的代码运行结果如下：

goroutine1: 我会锁定大概 5s
goroutine2: 等待解锁
goroutine1: 我解锁了，你们去抢吧
goroutine2: 欧耶，我也解锁了

读写锁

读写锁有如下四个方法：

• 写操作的锁定和解锁分别是func (*RWMutex) Lock和func (*RWMutex) Unlock；

• 读操作的锁定和解锁分别是func (*RWMutex) Rlock和func (*RWMutex) RUnlock。

读写锁的区别在于：

• 当有一个 goroutine 获得写锁定，其它无论是读锁定还是写锁定都将阻塞直到写解锁；
• 当有一个 goroutine 获得读锁定，其它读锁定仍然可以继续；
• 当有一个或任意多个读锁定，写锁定将等待所有读锁定解锁之后才能够进行写锁定。

所以说这里的读锁定（RLock）目的其实是告诉写锁定，有很多协程或者进程正在读取数据，写操作需要等它们读（读解锁）完才能进行写（写锁定）。

我们可以将其总结为如下三条：

• 同时只能有一个 goroutine 能够获得写锁定；
• 同时可以有任意多个 gorouinte 获得读锁定；
• 同时只能存在写锁定或读锁定（读和写互斥）。

示例代码如下所示：

package main

import (
	"fmt"
	"math/rand"
	"sync"
)

var count int
var rw sync.RWMutex

func main() {
	ch := make(chan struct{}, 10)
	for i := 0; i < 5; i++ {
		go read(i, ch)
	}
	for i := 0; i < 5; i++ {
		go write(i, ch)
	}
	for i := 0; i < 10; i++ {
		<-ch
	}
}
func read(n int, ch chan struct{}) {
	rw.RLock()
	fmt.Printf("goroutine %d 进入读操作...\n", n)
	v := count
	fmt.Printf("goroutine %d 读取结束，值为：%d\n", n, v)
	rw.RUnlock()
	ch <- struct{}{}
}
func write(n int, ch chan struct{}) {
	rw.Lock()
	fmt.Printf("goroutine %d 进入写操作...\n", n)
	v := rand.Intn(1000)
	count = v
	fmt.Printf("goroutine %d 写入结束，新值为：%d\n", n, v)
	rw.Unlock()
	ch <- struct{}{}
}

其执行结果如下：

goroutine 0 进入读操作...
goroutine 0 读取结束，值为：0
goroutine 4 进入写操作...
goroutine 4 写入结束，新值为：81
goroutine 1 进入读操作...
goroutine 1 读取结束，值为：81
goroutine 2 进入读操作...
goroutine 2 读取结束，值为：81
goroutine 3 进入读操作...
goroutine 3 读取结束，值为：81
goroutine 4 进入读操作...
goroutine 4 读取结束，值为：81
goroutine 0 进入写操作...
goroutine 0 写入结束，新值为：887
goroutine 1 进入写操作...
goroutine 1 写入结束，新值为：847
goroutine 2 进入写操作...
goroutine 2 写入结束，新值为：59
goroutine 3 进入写操作...
goroutine 3 写入结束，新值为：81

下面再来看两个示例。

【示例 1】多个读操作同时读取一个变量时，虽然加了锁，但是读操作是不受影响的。（读和写是互斥的，读和读不互斥）

package main

import (
	"sync"
	"time"
)

var m *sync.RWMutex

func main() {
	m = new(sync.RWMutex)
	// 多个同时读
	go read(1)
	go read(2)
	time.Sleep(2 * time.Second)
}
func read(i int) {
	println(i, "read start")
	m.RLock()
	println(i, "reading")
	time.Sleep(1 * time.Second)
	m.RUnlock()
	println(i, "read over")
}

运行结果如下：

1 read start
1 reading
2 read start
2 reading
1 read over
2 read over

【示例 2】由于读写互斥，所以写操作开始的时候，读操作必须要等写操作进行完才能继续，不然读操作只能继续等待。

package main

import (
	"sync"
	"time"
)

var m *sync.RWMutex

func main() {
	m = new(sync.RWMutex)
	// 写的时候啥也不能干
	go write(1)
	go read(2)
	go write(3)
	time.Sleep(2 * time.Second)
}
func read(i int) {
	println(i, "read start")
	m.RLock()
	println(i, "reading")
	time.Sleep(1 * time.Second)
	m.RUnlock()
	println(i, "read over")
}
func write(i int) {
	println(i, "write start")
	m.Lock()
	println(i, "writing")
	time.Sleep(1 * time.Second)
	m.Unlock()
	println(i, "write over")
}

运行结果如下：

1 write start
3 write start
1 writing
2 read start
1 write over
2 reading