浅谈Golang信号量runtime.semaphore

runtime.semaphore runtime.mutex *** 作系统提供同步原语sync.Mutex使用信号量runtime.semaphorechannel自己实现队列

runtime.mutex *** 作系统提供同步原语

理解了同步的本质，我们知道可以通过锁，来保护临界区 *** 作的互斥性。如果尝试获得锁失败了，第一种策略是屡败屡战，不断重复尝试，直到成功获得锁或时间片耗完，这被称为自旋锁。第二种策略是让出CPU，进到等待队列里去，我们称之为调度器对象，通俗理解就是 *** 作系统提供的线程间同步原语，一般以一组系统调用的形式存在，基于这些同步原语，可以实现锁以及更复杂的同步工具。

这些调度器对象与自旋锁的不同之处，主要在于等待队列，这些同步原语是由内核提供的，直接与系统的调度器交互，能够挂起和唤醒线程，这一点是自旋锁做不到的。但也正由于其在内核中实现，所以应用程序需要以系统调用的方式来使用它，这就造成了一定的开销，而且获取锁失败时还会发生线程切换，使得开销进一步增大。所以说“调度器对象”和"自旋锁"各有各的应用场景。

如果是多核环境，且持有锁的时间占比比较小的情况往往在几次自旋之后就能拿到锁，这可比发生一次线程切换的代价要小得多。然而若是单核环境，或者持有锁的时间占比较大的情况，一味自旋空耗CPU反而得不偿失，而实际的业务逻辑中，持有锁的时间往往不是很确定，如果加锁时先经过自旋锁，但是限制最大自旋次数，若在有限次数内不能加锁成功，再通过调度器对象将当前线程挂起，这样就结合了二者的优点，也是如今主流的锁的实现思路。

Go语言中的runtime.mutex就是这样的思路(不是sync.mutex)，它被runtime自身的代码使用，本质上就是结合了自旋锁和调度器对象的优化过的锁。不过它是针对线程设计的，若是协程等待锁时还需要切换线程，那就说不过去了。

sync.Mutex使用信号量runtime.semaphore

那么协程要等待一个锁时，要如何休眠，等待，和唤醒呢？这就要靠runtime.semaphore来实现，这是可供协程使用的信号量。

runtime内部会通过一个大小为251的semtable，来管理所有的semaphore。怎么通过这个大小固定的table，来管理执行阶段数量不定的semaphore呢？

大致思路是这样的，这个sematable存储的是251颗平衡树(AVL)的根,平衡树中每个节点都是一个sudog类型的对象，要使用一个信号量时 ，需要提供一个记录信号量数值的变量， 根据它的地址进行计算， 映射到sematable中的一颗平衡树上，找到对应的节点，就找到了该信号量的等待队列了。例如，我们常用的sync.Mutex中，有一个sema字段，用于记录信号量的数值，如果有协程想要等待这个Mutex，就会根据sema字段的地址计算映射到sematable中的某个平衡树上，找到对应的节点，也就找到了这个Mutex的等待队列，所以sync.Mutex是通过信号量来实现排队的。

channel自己实现队列

而channel需要有读等待队列和写等待队列 ，还要支持缓冲区功能，所以并没有直接使用信号量来实现排队，而是自己实现了一套排队逻辑。不过无论是信号量还是channel，底层实现都离不开runtime.mutex,因为它们都需要保障在面临多线程并发时，不会出现同步问题。