读写锁为什么那么快?(1)

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1.实验

首先让我们来看一组单元测试结果，看看互斥锁和读写锁在不同场景下的表现。

这里使用了极客兔兔的《Go 语言高性能编程》中的case，在此特别鸣谢
vearne/golab

BenchmarkReadMore-4                1    1195229024 ns/op
BenchmarkReadMoreRW-4              9     122810085 ns/op
BenchmarkReadMoreMyRW-4            8     145523134 ns/op
BenchmarkWriteMore-4               1    1296582090 ns/op
BenchmarkWriteMoreRW-4             1    1194438009 ns/op
BenchmarkWriteMoreMyRW-4           1    1247918412 ns/op
BenchmarkEqual-4                   1    1344248968 ns/op
BenchmarkEqualRW-4                 2     661674534 ns/op
BenchmarkEqualMyRW-4               2     685353924 ns/op

1.1 读写量 9:1

读多写少

方法	说明	耗时(ms)	备注
BenchmarkReadMore	标准库-互斥锁	1195
BenchmarkReadMoreRW	标准库-读写锁	122
BenchmarkReadMoreMyRW	萌叔实现的读写锁	145	传送门: vearne/second-realize/rwlock

1.2 读写量 1:9

写多读少

方法	说明	耗时(ms)	备注
BenchmarkWriteMore	标准库-互斥锁	1296
BenchmarkWriteMoreRW	标准库-读写锁	1194
BenchmarkWriteMoreMyRW	萌叔实现的读写锁	1247	传送门: vearne/second-realize/rwlock

1.3 读写量 1:1

读写数量相同

方法	说明	耗时(ms)	备注
BenchmarkEqual	标准库-互斥锁	1344
BenchmarkEqualRW	标准库-读写锁	661
BenchmarkEqualMyRW	萌叔实现的读写锁	685	传送门: vearne/second-realize/rwlock

1.4 结果

从实验结果看，
1)在读多写少(9:1)的情况下，使用读写锁的情况 性能比使用互斥锁的情况高出1个数量级。
2)在读少写多(1:9)的情况下，使用读写锁的情况 与使用互斥锁的情况相比，性能接近。
2)在读写数量相同的(5:5)的情况下，使用读写锁的情况 比使用互斥锁的情况, 性能提升了1倍。

2. 为什么？

回顾一下读写锁的特性。
同一时刻允许多个线程(协程)对共享资源进行读操作；同一时刻只允许一个线程(协程)对共享资源进行写操作；当进行写操作时，同一时刻其他线程(协程)的读操作会被阻塞；当进行读操作时，同一时刻所有线程(协程)的写操作会被阻塞。

假设读写操作对共享资源的访问顺序为

2.1 Case 1

rrrwrrrw

使用读写锁

图1

G1、G2、G3的读操作是并发的
G5、G6、G7的读操作也是并发的

使用互斥锁

图2

使用互斥锁，所有的读写操作变成了串行。

从图1和图2的对比来看，很容易得出结论，读写锁对性能的提升，主要是因为读写锁提高了协程的并发粒度，因此减少了总的吞吐时间。

Q1: 如果调整读写操作对共享资源的访问顺序，能够获得更大的并发粒度，从而提升总的吞吐时间。

2.2 Case 2

调整case1的读写操作顺序

rrrwrrrw  ->   rrrrrrww 

图3

A1: 从图上可以很明显的看出，调整读写顺序可以增大协程的并发粒度，必然可以减少了总的吞吐时间。

注 实际上满足这种条件的case不是太好造，
笔者实现的的
vearne/second-realize/rwlock 可以通过参数调节这个过程。

3. 总结

本文探讨了读写锁性能优于互斥锁的原因，下一篇文章将探讨，读写锁面临的几个问题，以及标准库是如何解决的。

参考资料

1.读写锁和互斥锁的性能比较

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