Чем отличается sync.Mutex от sync.RWMutex?

Основное отличие: назначение и гранулярность блокировок

Основное и фундаментальное отличие между sync.Mutex и sync.RWMutex заключается в гранулярности предоставляемых блокировок и, как следствие, в сценариях их применения.

• sync.Mutex предоставляет взаимоисключающую (exclusive) блокировку. Это классический мьютекс, который в любой момент времени может удерживать только одна горутина. Он гарантирует, что доступ к защищаемым данным (критической секции) получает ровно один поток исполнения. Все остальные горутины, пытающиеся захватить этот мьютекс, будут заблокированы до его освобождения.
• sync.RWMutex (Read-Write Mutex) предоставляет два типа блокировок: на чтение (RLock) и на запись (Lock). Это позволяет нескольким горутинам одновременно захватывать блокировку на чтение, но блокировка на запись остается взаимоисключающей, как у обычного Mutex. Таким образом, RWMutex оптимизирован для сценариев, где операции чтения значительно превосходят по количеству операции записи.

Детальное сравнение

sync.Mutex: Простая эксклюзивная блокировка

Методы:

• Lock() – захватывает мьютекс. Если он уже захвачен другой горутиной, текущая горутина блокируется.
• Unlock() – освобождает мьютекс.

Пример использования:

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
)

type SafeCounter struct {
    mu sync.Mutex
    v  map[string]int
}

func (c *SafeCounter) Inc(key string) {
    c.mu.Lock() // Захват эксклюзивной блокировки
    defer c.mu.Unlock()
    c.v[key]++ // И запись, и чтение защищены одной блокировкой
}

func (c *SafeCounter) Value(key string) int {
    c.mu.Lock() // Даже для чтения нужна эксклюзивная блокировка
    defer c.mu.Unlock()
    return c.v[key]
}

sync.RWMutex: Разделение блокировок на чтение и запись

Методы:

• Lock() / Unlock() – для эксклюзивной блокировки на запись. Работают аналогично sync.Mutex.
• RLock() / RUnlock() – для неэксклюзивной блокировки на чтение. Многие горутины могут одновременно захватить RLock().
• Важное правило: если хотя бы одна горутина держит блокировку на чтение (RLock), то захватить блокировку на запись (Lock) невозможно. И наоборот, если горутина держит блокировку на запись, то захватить блокировку на чтение невозможно.

Пример использования:

type SafeConfig struct {
    mu sync.RWMutex
    config map[string]string
}

func (c *SafeConfig) Update(key, value string) {
    c.mu.Lock() // Эксклюзивная блокировка ТОЛЬКО для операции записи
    defer c.mu.Unlock()
    c.config[key] = value
}

func (c *SafeConfig) Get(key string) string {
    c.mu.RLock() // Неэксклюзивная блокировка на чтение. Многие горутины могут читать параллельно.
    defer c.mu.RUnlock()
    return c.config[key]
}

Ключевые различия в поведении

Важные практические замечания

1. Предпочтение sync.Mutex по умолчанию: Начинайте проектирование с простого sync.Mutex. Вводите sync.RWMutex только после измерений профилировщиком, которые явно показывают, что contention (состязание) за блокировку чтения является узким местом, и что операции чтения доминируют.
2. Цена RWMutex: Внутренняя реализация RWMutex сложнее. Ему необходимо отслеживать количество активных читателей, управлять приоритетом (в современных версиях Go писатели имеют приоритет, чтобы не происходило starvation — голодания писателей). Из-за этого вызов RLock()/RUnlock() может быть сопоставим по стоимости с вызовом Lock()/Unlock() при отсутствии конкуренции.
3. Семантика: RWMutex не гарантирует, что читатели увидят "самые свежие" данные, записанные другим писателем, если между операциями чтения и записи нет дополнительных механизмов синхронизации (каналы, sync.WaitGroup и т.д.). Однако он гарантирует, что операции атомарны и данные не будут повреждены.
4. Блокировка на запись при наличии читателей: Писатель будет ждать, пока все существующие читатели освободят блокировку (RUnlock()), прежде чем он сможет захватить Lock().
5. Блокировка на чтение при наличии писателя: Новые читатели будут ждать, пока писатель, удерживающий Lock(), не освободит его.

Вывод

sync.Mutex — это базовый и универсальный инструмент для обеспечения эксклюзивного доступа. sync.RWMutex — это его специализированная оптимизация для конкретного, но распространенного сценария, где необходимо максимизировать параллелизм операций чтения. Выбор между ними должен быть осознанным и основанным на реальных данных о нагрузке, а не на предположениях. В сомнительных случаях sync.Mutex является более предсказуемым и зачастую достаточно эффективным выбором.