互斥锁是并发程序中对共享资源进行访问控制的主要手段，对此Go语言提供了非常简单易用的Mutex，Mutex为一结构体类型，对外暴露两个方法Lock()和Unlock()分别用于加锁和解锁。

Mutex 结构体

type Mutex struct {
	state int32
	sema  uint32
}

• Mutex.state 表示互斥锁的状态，比如是否被锁定等。
• Mutex.sema 表示信号量，协程阻塞等待该信号量，解锁的协程释放信号量从而唤醒等待信号量的协程。

• Locked : 表示该Mutex是否已被锁定，0：没有锁定 1：已被锁定。
• Woken : 表示是否有协程已被唤醒，0：没有协程唤醒 1：已有协程唤醒，正在加锁过程中。
• Starving：表示该Mutex是否处理饥饿状态， 0：没有饥饿 1：饥饿状态，说明有协程阻塞了超过 1 ms。
• Waiter : 表示阻塞等待锁的协程个数，协程解锁时根据此值来判断是否需要释放信号量。

协程之间抢锁实际上是抢给Locked赋值的权利，能给Locked域置1，就说明抢锁成功。抢不到的话就阻塞等待Mutex.sema信号量，一旦持有锁的协程解锁，等待的协程会依次被唤醒。

加解锁过程

简单加锁

假定当前只有一个协程在加锁，没有其他协程干扰，那么过程如下图所示：

加锁过程会去判断Locked标志位是否为0，如果是0则把Locked位置1，代表加锁成功。从上图可见，加锁成功后，只是Locked位置1，其他状态位没发生变化。

加锁阻塞

假定加锁时，锁已被其他协程占用了，此时加锁过程如下图所示：

从上图可看到，当协程B对一个已被占用的锁再次加锁时，Waiter计数器增加了1，此时协程B将被阻塞，直到Locked值变为0后才会被唤醒。

简单解锁

假定解锁时，没有其他协程阻塞，此时解锁过程如下图所示：

由于没有其他协程阻塞等待加锁，所以此时解锁时只需要把Locked位置为0即可，不需要释放信号量。

解锁并唤醒协程

假定解锁时，有1个或多个协程阻塞，此时解锁过程如下图所示：

协程A解锁过程分为两个步骤，一是把Locked位置0，二是查看到Waiter>0，所以释放一个信号量，唤醒一个阻塞的协程，被唤醒的协程B把Locked位置1，于是协程B获得锁。

自旋

加锁时，如果当前Locked位为1，说明该锁当前由其他协程持有，尝试加锁的协程并不是马上转入阻塞，而是会持续的探测Locked位是否变为0，这个过程即为自旋过程。

自旋时间很短，但如果在自旋过程中发现锁已被释放，那么协程可以立即获取锁。此时即便有协程被唤醒也无法获取锁，只能再次阻塞。

优势

自旋更充分的利用了CPU，避免了协程切换。因为当前申请加锁的协程获得了CPU，如果通过短时间自旋就可以获得锁，那么就可以直接运行，而不用阻塞并切换协程。

条件

• 运行在多 CPU 的机器上
• 当前 Goroutine 为了获取该锁进入自旋的次数小于四次
• 当前机器上至少存在一个正在运行的处理器 P 并且处理的运行队列为空
• 互斥锁只有在普通模式才能进入自旋

func sync_runtime_canSpin(i int) bool {
	// sync.Mutex is cooperative, so we are conservative with spinning.
	// Spin only few times and only if running on a multicore machine and
	// GOMAXPROCS>1 and there is at least one other running P and local runq is empty.
	// As opposed to runtime mutex we don't do passive spinning here,
	// because there can be work on global runq or on other Ps.
	if i >= active_spin || ncpu <= 1 || gomaxprocs <= int32(sched.npidle+sched.nmspinning)+1 {
		return false
	}
	if p := getg().m.p.ptr(); !runqempty(p) {
		return false
	}
	return true
}

问题

如果自旋过程中获得了锁，那么之前阻塞的协程就无法获得锁。如果等待加锁的协程特别多，而都在自旋过程中获得了锁，那么之前阻塞的协程就将一直阻塞。

为了解决这个问题，在1.8的版本之后增加了一个状态 Starving。在这个状态下不会自旋，一定会有一个协程被唤醒并加锁

Mutex 模式

Normal模式

默认情况下都是 Normal 模式
当一个协程加锁失败时，不会立即转入等待状态，而是判断是否满足自旋条件，如果满足，则自旋来等待锁

Starving模式

自旋模式抢到锁，表示有协程释放了锁，我们知道释放锁时，如果 waiter > 0，即有阻塞等待的协程，会释放信号量来唤醒协程，当协程被唤醒后，发现 Locked = 1，锁又被抢占，则又会阻塞，但在阻塞前会判断自上次阻塞到本次阻塞经历了多长时间，如果超过 1ms 的话，会将 Mutex 标记为"饥饿"模式，然后再阻塞。
在饥饿模式下，不会启动自旋，如果有协程释放锁，那么一定会唤醒一个协程，被唤醒的协程会获得锁，同时会把 waiter 减 1.

Woken状态

Woken 状态作用于加锁和解锁的过程中，如果一个协程正在解锁，另一个协程在自旋等待加锁，那么会把 Woken 状态置为1，通知解锁的协程不用释放信号量。