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Go语言文件锁操作

我们使用Go语言开发一些程序的时候,往往出现多个进程同时操作同一份文件的情况,这很容易导致文件中的数据混乱。这时我们就需要采用一些手段来平衡这些冲突,文件锁(flock)应运而生,下面我们就来介绍一下。

对于 flock,最常见的例子就是 Nginx,进程运行起来后就会把当前的 PID 写入这个文件,当然如果这个文件已经存在了,也就是前一个进程还没有退出,那么 Nginx 就不会重新启动,所以 flock 还可以用来检测进程是否存在。

flock 是对于整个文件的建议性锁。也就是说,如果一个进程在一个文件(inode)上放了锁,其它进程是可以知道的(建议性锁不强求进程遵守)。最棒的一点是,它的第一个参数是文件描述符,在此文件描述符关闭时,锁会自动释放。而当进程终止时,所有的文件描述符均会被关闭。所以很多时候就不用考虑类似原子锁解锁的事情。

在具体介绍前,先上代码
package main

import (
    "fmt"
    "os"
    "sync"
    "syscall"
    "time"
)

//文件锁
type FileLock struct {
    dir string
    f   *os.File
}

func New(dir string) *FileLock {
    return &FileLock{
        dir: dir,
    }
}

//加锁
func (l *FileLock) Lock() error {
    f, err := os.Open(l.dir)
    if err != nil {
        return err
    }
    l.f = f
    err = syscall.Flock(int(f.Fd()), syscall.LOCK_EX|syscall.LOCK_NB)
    if err != nil {
        return fmt.Errorf("cannot flock directory %s - %s", l.dir, err)
    }
    return nil
}

//释放锁
func (l *FileLock) Unlock() error {
    defer l.f.Close()
    return syscall.Flock(int(l.f.Fd()), syscall.LOCK_UN)
}

func main() {
    test_file_path, _ := os.Getwd()
    locked_file := test_file_path

    wg := sync.WaitGroup{}

    for i := 0; i < 10; i++ {
        wg.Add(1)
        go func(num int) {
            flock := New(locked_file)
            err := flock.Lock()
            if err != nil {
                wg.Done()
                fmt.Println(err.Error())
                return
            }
            fmt.Printf("output : %d\n", num)
            wg.Done()
        }(i)
    }
    wg.Wait()
    time.Sleep(2 * time.Second)

}
在 Windows 系统下运行上面的代码会出现下面的错误:

undefined: syscall.Flock
undefined: syscall.LOCK_EX
undefined: syscall.LOCK_NB
undefined: syscall.Flock
undefined: syscall.LOCK_UN

这是因为 Windows 系统不支持 pid 锁,所以我们需要在 Linux 或 Mac 系统下才能正常运行上面的程序。

上面代码中演示了同时启动 10 个 goroutinue,但在程序运行过程中,只有一个 goroutine 能获得文件锁(flock)。其它的 goroutinue 在获取不到 flock 后,会抛出异常的信息。这样即可达到同一文件在指定的周期内只允许一个进程访问的效果。

代码中文件锁的具体调用:

syscall.Flock(int(f.Fd()), syscall.LOCK_EX|syscall.LOCK_NB)

我们采用了 syscall.LOCK_EX、syscall.LOCK_NB,这是什么意思呢?

flock 属于建议性锁,不具备强制性。一个进程使用 flock 将文件锁住,另一个进程可以直接操作正在被锁的文件,修改文件中的数据,原因在于 flock 只是用于检测文件是否被加锁,针对文件已经被加锁,另一个进程写入数据的情况,内核不会阻止这个进程的写入操作,也就是建议性锁的内核处理策略。

flock 主要三种操作类型:
  • LOCK_SH:共享锁,多个进程可以使用同一把锁,常被用作读共享锁;
  • LOCK_EX:排他锁,同时只允许一个进程使用,常被用作写锁;
  • LOCK_UN:释放锁。

进程使用 flock 尝试锁文件时,如果文件已经被其他进程锁住,进程会被阻塞直到锁被释放掉,或者在调用 flock 的时候,采用 LOCK_NB 参数。在尝试锁住该文件的时候,发现已经被其他服务锁住,会返回错误,错误码为 EWOULDBLOCK。

flock 锁的释放非常具有特色,即可调用 LOCK_UN 参数来释放文件锁,也可以通过关闭 fd 的方式来释放文件锁(flock 的第一个参数是 fd),意味着 flock 会随着进程的关闭而被自动释放掉。

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