Golang下文件锁的使用

前言

题目是golang下文件锁的使用，但本文的目的其实是通过golang下的文件锁的使用方法，来一窥文件锁背后的机制。
为什么需要文件锁

> 只有多线程/多进程这种并发场景下读写文件，才需要加锁

- 场景1-读写并发

读写并发场景下，如果不加锁，就会出现读到脏数据的情况。想象一下，读文件的进程，读到第500字节，有其它进程以覆盖写的方式向文件中写入1000字节，那读进程读到的后500字节就是脏数据。

- 场景2-写写并发

写写并发场景下，如果不加锁，假设A进程先写0-1000字节，B进程写0-900字节，以此类推，最后一个进程写0-100字节，那最终的文件内容就是每个进程前100个字节拼接起来的错乱的内容了。
文件锁的几个概念

## 共享锁

共享锁，也叫读锁。某个进程首次获取共享锁后，会生成一个锁类型的变量L，类型标记为共享锁。其它进程获取读锁的时候，L中的计数器加1，表示又有一个进程获取到了共享锁。这个时候如果有进程来获取排它锁，会获取失败。

## 排它锁

排它锁，也叫写锁。某个进程首次获取排他锁后，会生成一个锁类型的变量L，类型标记为排他锁。其它进程获取任何类型的锁的时候，都会获取失败。

## 阻塞

阻塞的意思是说，新的进程发现当前的文件（数据）被加锁后，会一直处于等待状态，直到锁被释放，才会继续下一步的行为。

## 非阻塞

非阻塞的意思是说，新的进程发现当前的文件（数据）被加锁后，立即返回异常。业务上需要根据具体的业务场景对该异常进行处理。

阻塞和非阻塞其实是进程遇到锁的时候的两种处理模式。
golang下如何使用文件锁

## 基本使用
```
package main

import (
    "log"
    "os"
    "syscall"
)

func main() {
    f, err := os.Create("example.txt")
    if err != nil {
        log.Println("create file example.txt failed", err)
    }
    defer f.Close()
    // 非阻塞模式下，加共享锁
    if err := syscall.Flock(int(f.Fd()), syscall.LOCK_SH|syscall.LOCK_NB); err != nil {
        log.Println("add share lock in no block failed", err)
    }
    // 这里进行业务逻辑
    // TODO

// 解锁
    if err := syscall.Flock(int(f.Fd()), syscall.LOCK_UN); err != nil {
        log.Println("unlock share lock failed", err)
    }

return
}
```
示例中 `LOCK_SH` 表示当前获取的是共享锁，如果是 `LOCK_EX`，则表示获取的是排他锁。而 `LOCK_NB` 表示当前获取锁的模式是非阻塞模式，如果需要阻塞模式，不加这个参数即可。`LOCK_UN` 则表示解锁，即释放锁。

golang 下这种文件锁的使用方式其实是Linux下的系统级调用，使用的是Linux的原生的文件锁的相关能力。

## 使用flock的几个注意点

1、只要fd指向的是同一个文件指针，那么加锁解锁的行为都是继承和覆盖的（这个可以看最后的解释）。

2、flock这种方式加的是建议性锁，也就是说新的进程一上来不管三七二十一，不去通过flock获取锁，就对文件各种操作，也是可以正常生效的。

## 说一说Linux下面的flock和fcntl

和flock一样，fcntl也是系统级调用，但是在具体的使用上却有很大不用，并且两种锁互不干扰，用flock加锁，fcntl无法感知，反之也一样。

### 建议性锁和强制锁

flock加的是建议性锁，而fcntl加的是强制性锁。

建议性锁，本质是一种协议，约定读写操作前都去检查一下该文件是否有被其它进程加锁。如果不遵守该协议，一上来就对文件进行操作，不检查有没有锁，程序执行上是没有任何问题的，能执行成功。

强制性锁，才更像真正意义上的锁。只要加了锁，其它进程是无法执行非允许的操作的。

其实一些利用redis做的分布式锁，都是建议性锁。锁机的机制要生效，需要大家共同遵守这个约定才行。
全局锁和局部锁

对于一个文件，flock加锁的范围是整个文件内容，而fcntl能对文件的任意部分加锁。

### 锁的持有者问题

flock认为，锁的持有者是文件表（可以理解为文件指针），所以对于fork和dup操作，他们都对应同一个文件指针，所有的操作都会作用到这个文件上。具体表现：

> A进程加锁，A的子进程进程可以解锁，新的操作会覆盖之前的操作A进程加锁，A进程复制fd，仍然是可以通过新的fd操作文件锁，新的操作会覆盖之前的操作

fcntl 认为，锁的持有者是进程。加锁和解锁的行为都是跟着进程走，具体表现为：

> A进程加锁，B进程得等A进程消亡或者解锁才能加锁

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