RWMutex 可以说是 Mutex 的改进版，在某些场景下可以发挥出更加强大、灵活的控制能力，比如读取数据的频率远大于写数据的频率的场景。如果在 1 次写然后 N 次读的场景使用 Mutex 的话，则整个过程是串行的，因为即使 N 次读操作互相之间并不影响，但也都需要先持有 Mutex 锁后才可以操作。如果使用 RWMutex 的话，那么 N 次读操作可以同时持有锁，互相不影响，读操作都可以并行，因此并发能力将大大的提升。

Mutex与RWMutex区别与应用场景

Mutex 是最基本的互斥锁，在同一时间只允许一个 Goroutine 访问被保护资源。它适用于那些只有一个 Goroutine 需要修改资源或者执行临界区代码的情况。

然而，在某些场景下，我们允许多个 Goroutine 并发地读取共享资源，但同时也希望确保写操作是独占式进行的。这种情况下就可以使用 RWMutex。RWMutex 分为两种状态：读模式和写模式。

在读模式下：
- 多个 Goroutine 可以同时获取锁，并且都能够安全地对共享资源进行只读操作。
- 如果已经有一个或多个 Goroutine 正在读取，则其它 Goroutine 仍然可以获取锁，但是不能执行写操作。
在写模式下：
- 只有一个 Goroutine 能够获取锁，并且能够对共享资源进行读取或写入操作。此时其它所有的读和写请求都会被阻塞。

实现 RWMutex 锁需要解决的问题

写锁需要阻塞写锁：即一个协程拥有写锁时，其它协程的写锁需要阻塞；
写锁需要阻塞读锁：即一个协程拥有写锁时，其它协程的读锁需要阻塞；
读锁需要阻塞写锁：即一个协程拥有读锁时，其它协程的写锁需要阻塞；
读锁不能阻塞读锁：即一个协程拥有读锁时，其它协程也可以拥有读锁。

RWMutex基本使用

可以通过sync包来使用RWMutex，首先创建一个新的RWMutex对象：

var rwMutex sync.RWMutex

然后就可以在代码中使用该对象了，要进入读模式（共享访问）或者写模式（独占访问），分别调用两个方法：

进入读模式：rwMutex.RLock()
进入写模式：rwMutex.Lock()

注意：在完成对共享资源的访问后，一定要释放锁。

退出读模式：rwMutex.RUnlock()
退出写模式：rwMutex.Unlock()

示例：

package main

import (
	"fmt"
	"sync"
)

// 共享资源
var counter = 0

// 创建新的RWMutex对象
var rwMutex sync.RWMutex

func main() {
	// 使用 WaitGroup 等待所有 Goroutine 完成任务
	wg := sync.WaitGroup{}

	// 启动十个并发的 Goroutine 增加 counter 的值
	for i := 0; i < 100; i++ {
		wg.Add(1)
		go incrementCounter(&wg)
	}

	// 等待所有 Goroutine 完成任务
	wg.Wait()

	// 输出最终结果
	fmt.Println("Final Counter:", counter)
}

func incrementCounter(wg *sync.WaitGroup) {
	// 进入写模式，获取锁
	rwMutex.Lock()
	// 在函数返回前释放锁，加锁和解锁一定要写在一起
	defer rwMutex.Unlock()

	// 对共享资源进行修改操作
	counter++

	// 通知 WaitGroup 当前 Goroutine 完成任务
	wg.Done()
}

输出：

Final Counter: 100

RWMutex实现原理

源码数据结构：

type RWMutex struct {
    w           Mutex  // 用于控制多个锁，获得写锁之前需要获取该锁
    writerSem   uint32 // 写阻塞等待的信号量，最后一个读者释放锁时会释放信号量
    readerSem   uint32 // 读阻塞的协程等待的信号量，持有写锁的协程释放锁后会释放信号量
    readerCount int32  // 记录读协程的个数
    readerWait  int32  // 记录写阻塞时读协程的个数
}

读写锁内部有一个Mutex互斥锁，用于将多个写操作隔离开，其他的几个都用于隔离读操作和写操作。

RWMutex还实现了四个接口，四个接口和上面的成员配合起来完成读写互斥锁的实现。

接口定义：
RWMutex提供4个简单接口：

RLock() ：读锁定（记忆为 ReadLock）。
RUnlock()：解除读锁定（记忆为 ReadLock）。
Lock() ：写锁定，它与 Mutex 完全一致。
UnLock()：解除写锁定，与 Mutex 完全一致。

Lock()实现逻辑：

写锁定操作需要做两件事：
1.获取互斥锁Mutex
2.若此时有读操作的话，需要阻塞等待所有的读操作结束

// Lock locks rw for writing.
// If the lock is already locked for reading or writing,
// Lock blocks until the lock is available.
func (rw *RWMutex) Lock() {
    if race.Enabled {
        _ = rw.w.state
        race.Disable()
    }
    // 首先，解决与其它写操作的竞争。
    rw.w.Lock()
    
    // 向读操作通知有一位待定的写操作。
    r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -rwmutexMaxReaders) + rwmutexMaxReaders
    
    // 等待活跃的读操作结束。
    if r != 0 && atomic.AddInt32(&rw.readerWait, r) != 0 {
        runtime_SemacquireMutex(&rw.writerSem, false, 0)
    }
    if race.Enabled {
        race.Enable()
        race.Acquire(unsafe.Pointer(&rw.readerSem))
        race.Acquire(unsafe.Pointer(&rw.writerSem))
    }
}

UnLock()实现逻辑

解除锁定需要做两件事：
1.唤醒因读锁定而被阻塞的协程（如果有的话）
2.解除互斥锁

// Unlock unlocks rw for writing. It is a run-time error if rw is
// not locked for writing on entry to Unlock.
//
// As with Mutexes, a locked RWMutex is not associated with a particular
// goroutine. One goroutine may RLock (Lock) a RWMutex and then
// arrange for another goroutine to RUnlock (Unlock) it.
func (rw *RWMutex) Unlock() {
    if race.Enabled {
        _ = rw.w.state
        race.Release(unsafe.Pointer(&rw.readerSem))
        race.Disable()
    }

    // 向读协程宣布没有活跃的写协程。
    r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, rwmutexMaxReaders)
    if r >= rwmutexMaxReaders {
        race.Enable()
        fatal("sync: Unlock of unlocked RWMutex")
    }
    
    // 取消阻塞被阻塞的读协程（如果有的话）
    for i := 0; i < int(r); i++ {
        runtime_Semrelease(&rw.readerSem, false, 0)
    }
    
    // 解除写锁，允许其它写协程继续写
    rw.w.Unlock()
    if race.Enabled {
        race.Enable()
    }
}

RLock()实现逻辑

读锁定操作需要做两件事：
1.增加读操作的计数，即 readerCount++
2.若阻塞等待写操作结束

// Happens-before relationships are indicated to the race detector via:
// - Unlock  -> Lock:  readerSem
// - Unlock  -> RLock: readerSem
// - RUnlock -> Lock:  writerSem
//
// The methods below temporarily disable handling of race synchronization
// events in order to provide the more precise model above to the race
// detector.
func (rw *RWMutex) RLock() {
    if race.Enabled {
        _ = rw.w.state
        race.Disable()
    }
    if atomic.AddInt32(&rw.readerCount, 1) < 0 {
        // A writer is pending, wait for it.
        runtime_SemacquireMutex(&rw.readerSem, false, 0)
    }
    if race.Enabled {
        race.Enable()
        race.Acquire(unsafe.Pointer(&rw.readerSem))
    }
}

RUnlock()实现逻辑

解除读锁定需要做两件事：
1.减少读操作计数，即 readerCount- -
2.唤醒等待写操作的协程，如果有的话。注意：这里只有最后一个解除读锁定的协程才会释放信号量将该协程唤醒，因为只有当所有的读操作协程释放锁后才可以唤醒写操作协程。

// RUnlock undoes a single RLock call;
// it does not affect other simultaneous readers.
// It is a run-time error if rw is not locked for reading
// on entry to RUnlock.
func (rw *RWMutex) RUnlock() {
    if race.Enabled {
        _ = rw.w.state
        race.ReleaseMerge(unsafe.Pointer(&rw.writerSem))
        race.Disable()
    }
    if r := atomic.AddInt32(&rw.readerCount, -1); r < 0 {
        // Outlined slow-path to allow the fast-path to be inlined
        rw.rUnlockSlow(r)
    }
    if race.Enabled {
        race.Enable()
    }
}

RWMutex关键实现

写操作如何阻止写操作？

读写锁包含一个互斥锁（Mutex），写锁定必须先获取该互斥锁，如果互斥锁已被协程 1 获取（或者协程 1 在阻塞等待读结束），则意味着协程 1 已获取了互斥锁，那么协程 2 只能阻塞等待该互斥锁。

所以写操作依赖互斥锁阻止其他的写操作。

写操作如何阻止读操作？

这是 RWMutex 实现中最最最精华的技巧。

我们知道 RWMutex.readerCount 是一个整型值，用于表示读协程数量。在不考虑写操作的情况下，每次读锁定将该值 +1，每次解除读锁定将该值 -1，所以 readerCount 的取值为 [0, N]，N 为读操作的个数，实际上最大可支持 2的30次方个读操作。

当进行写锁定时，会将 readerCount 减去 2的30次方，从而让 readerCount 变成负值，此时再有读操作到来时检查 readerCount 为负值，便知道写操作在进行中，只好阻塞等待。

而真实的读操作个数却不会丢失，因为只需要将 readerCount + 2的30次方即可恢复回来。

因此，写操作是将 readerCount 变成负值来阻止写操作的。

读操作如何阻止写操作？

读锁定会先将 RWMutex.readerCount + 1，此时写操作到来时发现读者数量不为 0，会阻塞等待所有读操作结束。

因此，读操作是通过 readerCount 来阻止写操作的。

为什么写锁定不会被 “饿死”？

我们知道写操作要等待读操作结束后才可以获得锁，写操作等待期间可能还有新的读操作持续到来，如果写操作等待所有的读操作结束，则可能会被 “饿死”，RWMutex 是通过 RWMutex.readerWait 来完美解决这个问题的。

写操作到来时，会把RWMutex.readerCount 的值复制到 RWMutex.readerWait 中，用于标记排在写操作前面的读操作个数。

前面的读操作结束后，除了递减 RWMutex.readerCount 的值，还会递减 RWMutex.readerWait 的值，所以 RWMutex.readerWait 的值变为 0 的时候，可以唤醒写操作了（真巧妙）。

因此写操作相当于把一段连续的读操作划成了两部分，前面的读操作结束后唤醒写操作，写操作结束后唤醒后续的读操作。

注意事项

RWMutex 是一种高级的并发控制机制，但相比于 Mutex 来说，它在处理读操作时会带来更小的开销。因此，在某些场景下可以使用 RWMutex 来提升程序的性能。

然而，在使用 RWMutex 时需要注意以下几点:

不要滥用 RWMutex：只有在确实需要多个 Goroutine 并发地读取共享资源，并且同时保证独占式写入时才使用 RWMutex。
避免持有锁太久：持有锁时间过长会影响整个系统的吞吐量。所以应该尽量缩小临界区大小。
注意解决死锁问题：当多个 Goroutine 相互等待对方释放锁导致无法继续执行时，就产生了死锁。合理地设计和使用锁可以避免死锁的发生。

Go语言RWMutex读写互斥锁