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Libtask源码解析之锁

本文转载自微信公众号「编程杂技」,码解作者theanarkh 。码解转载本文请联系编程杂技公众号。码解  

 libtask中其实不需要锁,码解因为libtask中协程是码解非抢占式的,不存在竞态条件。码解但是码解libtask还是实现了一套锁的机制。我们看一下这个锁机制的码解实现。首先我们看一下结构体。码解

struct QLock {      // 锁持有者     Task    *owner;     // 等待该锁的码解队列     Tasklist waiting; }; 

接着我们看一下锁的操作。

加锁

static int _qlock(QLock *l,码解 int block) {          // 锁没有持有者,则置当前协程为持有者,码解直接返回,码解1表示加锁成功     if(l->owner == nil){          l->owner = taskrunning;         return 1;     }     // 非阻塞,码解则直接返回,码解0表示加锁失败     if(!block)         return 0;     // 插入等待锁队列     addtask(&l->waiting, taskrunning);     taskstate("qlock");     // 切换到其他协程     taskswitch();     // 切换回来时,如果持有锁的协程不是当前协程,则异常退出,因为只有持有锁才会被切换回来,见unqlock     if(l->owner != taskrunning){          fprint(2, "qlock: owner=%p self=%p oops\n", l->owner, taskrunning);         abort();     }     return 1; } 

如果当前锁没有持有者,则当前协程X就变成锁的持有者,否则把协程X插入等待锁队列中,然后让出cpu,亿华云切换到其他协程。当后续锁被释放并被协程X持有时,协程X就会被唤醒继续持续。加锁可以分为阻塞和非阻塞两种模式。非阻塞就是加锁失败也不会切换协程。

// 阻塞式加锁 void qlock(QLock *l) {      _qlock(l, 1); } // 非阻塞式加锁 int canqlock(QLock *l) {      return _qlock(l, 0); } 

释放锁

接下来我们看一下释放锁的逻辑

// 释放锁 void qunlock(QLock *l) {      Task *ready;     // 锁并没有持有者,异常退出     if(l->owner == 0){          fprint(2, "qunlock: owner=0\n");         abort();     }     // 如果还有协程在等待该锁,则置为持有者,并且从等待队列中删除,然后修改状态为就绪并加入就绪队列     if((l->owner = ready = l->waiting.head) != nil){          deltask(&l->waiting, ready);         taskready(ready);     } } 

当锁被释放时,如果还有协程在等待该锁,则从等待队列中摘取一个节点,然后变成锁的持有者并从等待队列中删除。最后插入就绪队列等待调度。以上是一种互斥锁的实现。下面我们再来看一下读写锁机制,读写锁也是互斥的,但是在某些情况下也可以共享。我们看一下读写锁的数据结构。

struct RWLock {      // 正在读的读者个数     int    readers;     // 当前正在写的写者,只有一个     Task    *writer;     // 等待读和写的队列     Tasklist rwaiting;     Tasklist wwaiting; }; 

接着我看一下加锁逻辑。高防服务器

加读锁

// 加读锁 static int _rlock(RWLock *l, int block) {          /*         没有正在写并且没有等待写,则加锁成功,并且读者数加一     */     if(l->writer == nil && l->wwaiting.head == nil){          l->readers++;         return 1;     }     // 非阻塞则直接返回     if(!block)         return 0;     // 插入等待读队列     addtask(&l->rwaiting, taskrunning);     taskstate("rlock");     // 切换上下文     taskswitch();     // 切换回来了,说明加锁成功     return 1; } 

当且仅当没有正在写的写者和等待写的写者时,才能加读锁成功,否则根据加锁模式进行下一步处理,直接返回加锁失败或者插入等待队列,然后切换到其他协程。我们看到当有一个等待写的协程时(l->wwaiting.head != nil),则后续的读者就无法加锁成功,而是被插入等待队列,否则可能会引起写者饥饿。

加写锁

// 加写锁 static int _wlock(RWLock *l, int block) {          // 没有正在写并且没有正在读,则加锁成功,并置写者为当前协程     if(l->writer == nil && l->readers == 0){          l->writer = taskrunning;         return 1;     }     // 非阻塞则直接返回     if(!block)         return 0;     // 加入等待写队列     addtask(&l->wwaiting, taskrunning);     taskstate("wlock");     // 切换     taskswitch();     // 切换回来说明拿到锁了     return 1; } 

当且仅当没有正在写的写者和没有正在读的读者时,才能加写锁成功。否则类似加读锁一样处理。

释放读锁

// 释放读锁 void runlock(RWLock *l) {      Task *t;     // 读者减一,如果等于0并且有等待写的协程,则队列第一个协程持有该锁     if(--l->readers == 0 && (t = l->wwaiting.head) != nil){          deltask(&l->wwaiting, t);         l->writer = t;         taskready(t);     } } 

持有读锁,说明当前肯定没有正在写的写者,但是可能有等待写的写者和等待读的云服务器读者(因为有等待写的写者导致无法加锁成功)。当释放读锁时,如果还有其他读者,则其他读者可以继续持有锁,因为读者可以共享读锁,而写者保持原来状态。如果这时候没有读者但是有等待写的写者,则从队列中选择第一个节点成为锁的持有者,其他的写者则继续等待,因为写者不能共享写锁。

释放写锁

// 释放写锁 void wunlock(RWLock *l) {      Task *t;     // 没有正在写,异常退出     if(l->writer == nil){          fprint(2, "wunlock: not locked\n");         abort();     }     // 置空,没有协程正在写     l->writer = nil;     // 有正在读,异常退出,写的时候,是无法读的     if(l->readers != 0){          fprint(2, "wunlock: readers\n");         abort();     }     // 释放写锁时,优先让读者持有锁,因为读者可以共享持有锁,提高并发     // 读可以共享,把等待读的协程都加入就绪队列,并持有锁     while((t = l->rwaiting.head) != nil){          deltask(&l->rwaiting, t);         l->readers++;         taskready(t);     }     // 释放写锁时,如果又没有读者,并且有等待写的协程,则队列的第一个等待写的协程持有锁     if(l->readers == 0 && (t = l->wwaiting.head) != nil){          deltask(&l->wwaiting, t);         l->writer = t;         taskready(t);     } } 

持有写锁,可能有等待写的写者和等待读的读者。这里是读者优先持有锁,因为读者可以共享持有锁,提高并发,如果没有读者,则再判断写者。

总结:单纯的互斥锁是比较简单的,读写锁就相对复杂一点,主要是要根据读锁和写锁的特性制定一些策略,比如避免饥饿问题。libtask的方式是,加写锁的时候,当无法持有锁的时候,申请者就会被插入等待等待队列。这个是没有什么好说的,加读者的时候,情况就复杂了点,如果这时候有读者正在持有锁,理论上,申请者也可以持有锁,因为读锁是共享的,但是单纯这样处理的话,可能会导致等待写的写者一直拿不到锁,所以这里需要判断是否有等待写的写者,如果有则当前申请者则不能再持有读锁,而是要加入等待队列。那么在释放锁的时候,当释放读锁时,优先让等待写的写者持有锁,再到等待读的读者持有锁。同样,当释放写锁时,优先让读者持有锁,这样就能比较好地平衡读者和写者持有锁的机会。

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