MySQL 同步机制

InnoDB没有使用操作系统同步机制,而是自己封装,通过spin(自旋)和wait array(等待队列)的设计提高性能

test-and-set(TAS)指令
spin lock
mutex和自旋
rw-lock
wait array

test-and-set(TAS)指令

目前的CPU都支持TAS指令。该指令通过读取一个字节或者一个word，然后和0比较，并且无条件的将其在内存中的值设为1，是原子操作。
用到swap-atomic操作,将内存中与寄存器中的值交换。

int test_and_set(volatile int* addr){
    int old_value;
    old_value = swap_atomic(addr,1);  //取值 并 赋1
    if(old_value == 0){
        return 0;
    }
    return 1;
}

spin lock

在TAS的基础上，实现的一种简单的使用广泛的一种互斥结构。适合于较短的代码（代码过长会导致CPU的等待时间过长，造成CPU的浪费）。

//利用spin lock上锁
void lock(volatile lock_t* lock_status){
    while(test_and_set(lock_status) == 1);
}

若lock_status的值为0,TAS返回0,上锁成功。若lock_status=1，表示对象正在被使用，进入循环，直到对象释放锁。
unlock操作，只需将lock_status置为0即可

mutex和自旋

InnoDB的mutex对象采用test-and-set命令，和spin lock类似。不同之处在于，若TAS返回1，经行自旋操作，一段时间之后若还得不到mutex则进入wait array，等待唤醒。
自旋的目的:

减少对内存的访问
减少上下文的切换
进入/唤出 wait array 都会产生上下文切换(耗时较长)

部分代码:

void mutex_enter_func(mutex_t* mutex){
    if(!mutex_test_and_set(mutex)){
        get mutex;
        return;
    }
loop:
    //自旋
    while(mutex_get_lock_word(mutex) != 0 && i < SYNC_SPIN_ROUNDS){
        spin;   
        i ++
    }
    if (mutex_test_and_set(mutex) == 0) {
        get mutex;
        return;
    }
    sync_array_reserve_cell(mutex); // reserve a cell from wait array
    mutex_set_waiters(mutex, 1);
    for (i = 0; i < 4; i++) {
        if (mutex_test_and_set(mutex) == 0) {
            get mutex;
            sync_array_free_cell(wait_array,index); //free cell
            return;
        }
    }
    sync_array_wait_event(wait_array,index);
    goto loop;
}

自旋后sync_array_reserve_cell(mutex); 从wait array中分配一个cell,并将mutex->waiters置为1。（waiters表示是否有线程正在等待）然后再循环4次进行TAS操作，检测是否能获得mutex。原因是：

结果没有线程执行，且waiters = 1 导致无限等待。

rw-lock

在线程共享资源时应设置读/写锁（rw-lock也称latch）

s-latch：共享锁，允许共同访问资源。（读）
x-latch：排它锁，只允许一个线程访问资源。（写）

\	S	X
S	兼容	兼容
X	不兼容	不兼容

x-latch与mutex一样，在得不到latch的时候，先进行自旋，获取不到再进入wait array。
s-latch有所不同，s-latch不支持递归，即一个线程不能执行两个s-latch。自旋的时候要判断，最后加进wait array。

wait array

wait array 由多个cell组成。每个cell 保存等待唤醒的线程。有一个全局的wait array 对象，sync_primary_wait_array用于对等待latch的线程经行唤醒操作。由sync_array_create初始化，默认建立一个由1000（OS_THREAD_MAX_n）个cell的数组。
由sync_array_reserve_cell();为wait array分配cell，每次分配时扫描整个数组。由sync_array_sigal_object检查队列中是否有线程正在等待，由sync_array_free_cell(); 唤醒线程。

[技术支持]:《MySQL内核InnoDB储存引擎（卷一）》