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golang的文件锁操作

有时候,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。 我们需要采用一些手段来平衡这些冲突:需要锁操作来保证数据的完整性,这里介绍的针对文件的锁,称之为“文件锁”-flock。

对于flock,我们最常见的例子就是nginx,进程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。

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,那么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)

}

上面的代码我们演示了同时启动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,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,errno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。

ps: flock其中的一个使用场景为:检测进程是否已经存在。