er det noen spesifikke brukstilfeller der mutexes er betydelig raskere enn kanaler

grunnleggende forskjeller som påvirker ytelsen

Mutexes gir gjensidig ekskludering ved å la bare en tråd eller goroutine få tilgang til en kritisk seksjon om gangen. Internt involverer en Mutex-operasjon typisk atominstruksjoner og kan involvere blokkering av kjernenivå bare når det er strid. På grunn av dette koster ikke uoverensstemmede Mutex -lås/lås opp operasjoner bare noen få nanosekunder.

Kanaler derimot er abstraksjoner på høyere nivå designet for kommunikasjon mellom goroutiner eller tråder. Å sende eller motta på en kanal innebærer å håndtere en kø, mulige minnetildelinger, planlegge goroutines og vekke dem hvis du sover. Denne overhead betyr til og med enkle tilstandsmutasjoner beskyttet av en kanal pådrar seg flere kostnader sammenlignet med en mutex på grunn av kontekstbytte og koordineringsarbeid.

Disse grunnleggende forskjellene indikerer allerede hvorfor for enkle delte variable beskyttelse eller kritiske seksjoner generelt er raskere.

Bruk tilfeller der mutexes er raskere

enkel delt statsbeskyttelse

Når et program trenger å beskytte delte variabler  som tellere, kart eller enkle flagg, er mutexer mye raskere ettersom den kritiske seksjonen innebærer minimal synkroniseringsoverhead. Eksempler inkluderer:

- Telle forespørsler på en webserver: Hver økt økt operasjon kan beskyttes av en mutex uten å kreve overhead å sende meldinger gjennom en kanal, som legger til forsinkelser i kø og planlegging av forsinkelser. Mutexes tillater enkel, direkte tilgang og har vist seg å forbedre gjennomstrømningen med en størrelsesorden eller mer.

- Å få tilgang til delte hurtigbuffer eller kart: Beskytte datastrukturer med Mutexes tilbudsavlesninger og skriver med minimalt overhead. Å bruke kanaler som formidlere her introduserer ekstra latens, ettersom hver tilgang blir en tur / retur.

Benchmark-tester viser at mutex-baserte tellere kan være omtrent 75 ganger raskere enn kanalbaserte tellere på grunn av redusert overhead i synkronisering og unngå kostnadene for køstyring og kontekstbytte som ligger i kanaler.

Lav strid eller ikke -omarbeidet scenarier

I miljøer med lave stridsmiljøer er Mutex Lock og Lås opp operasjoner nesten bare atomoperasjoner uten ventetid. Den uanstendige saken er der mutexes skinner siden låsingen er lett og vanligvis ikke utløser planlegging av kjerne-nivå.

Kanaler pådrar seg imidlertid kostnader selv i lav strid fordi hver send/mottar innebærer mer kompleks styring, buffering og synkronisering. For et lite antall goroutiner eller i scenarier med liten strid, overgår mutexes kanaler betydelig.

Høy samtidighet med enkel låsing

I scenarier der mange goroutiner utfører veldig korte kritiske seksjoner som endrer delt tilstand, har mutexer fortsatt en tendens til å være mer effektive enn kanaler. Den viktigste årsaken er at Mutexes blokkerer stridende goroutiner i kjernen, og tillater effektiv planlegging og vekker nøyaktig en goroutine når du låses opp. Kanaler derimot involverer aktiv Goroutine -planlegging og køstyring som skaper overhead under belastning.

For eksempel viser benchmarks der opptil 10 goroutines involverte at mutexes er flere ganger raskere, og mutexer forblir konkurransedyktige selv med hundrevis av goroutines.

arbeidsfordeling når statlige mutasjoner er minimale

For å administrere skiver eller lister over oppgaver, kan mutexes være raskere når de låser kort for å poppe eller skyve oppgaver. Selv om kanaler er veldig naturlige for oppgavefordeling, hvis den kritiske seksjonen er kort og den delte tilstanden krever rask låsing og låsing, unngår mutexer den ekstra overhead for kanalkoordinering og gir bedre gjennomstrømning.

I mange virkelige systemer som arbeiderbassenger eller jobbkøer kan mutexes være enklere og raskere for å administrere oppgavelister sammenlignet med kanaler.

hvorfor mutexes er raskere i disse tilfellene

- Nedre overhead: Mutexes bruker atomiske CPU -instruksjoner direkte for låsing og låsing, ofte uten kontekstbryter eller kostbare planleggingsbeslutninger.

- Kjerneblokkering med kø: Konkurrante goroutines sover på mutexes effektivt, danner en kø, og planleggeren vekker dem serielt. Kanaler forårsaker mer komplekse oppvåknings- og planleggingsmønstre.

- Ingen meldingspasseringskostnader: Kanaler må tildele buffere eller køoppføringer og kopiere/overføringsdata, noe som er unødvendig når enkelt eierskap og eksklusivitet er nok.

- Direkte minnetilgang: Mutexes tillater direkte minnetilgang i en kritisk seksjon, mens kanaler krever sending av data gjennom et kommunikasjonsmedium, og legger til lag med indireksjon og latens.

kontekster mindre egnet for kanaler

Selv om kanaler gir en elegant og trygg måte å kommunisere mellom goroutiner og er svært verdifulle for rørledningsbehandling og hendelseshåndtering, gjør deres overhead dem mindre egnet for korte, hyppige delte tilstandsmutasjoner.

Kanaler er ideelle når de synkroniserer komplekse beregninger som involverer flere goroutiner der meldingen som passerer semantikk er naturlig og gunstig. Men for enkel låsing skinner mutexes.

Eksperimentelle og benchmark -bevis

- Benchmarks med GOs synkroniseringsprimitives viser at Mutex -tellere opererer med latenser i nanosekundområdet mens kanalbenkene er størrelsesordrer tregere (f.eks. 0,8 ns mot 60 ns per drift).

- Eventure reverserer bare på veldig høye skalaer (f.eks. Tusenvis av goroutiner) når kanaler kan overgå mutexes i noen tilfeller, ettersom kanaler unngår å låse overhead og bedre modell samtidig rørledninger.

- Under strid overgår Mutexes spinlocks på grunn av planleggingseffektivitet på kjerne-nivå.

- Mutexes unngår hukommelsesfordelinger og kontekstbytte til stede i kanaler, noe som fører til betydelige gevinster i gjennomstrømning og lavere CPU -bruk for å beskytte delte variabler.

Sammendrag av bruk av bruk

- Bruk mutexer når du beskytter delt minne eller mutbar tilstand som er tilgjengelig samtidig, spesielt hvis den kritiske delen er kort og innebærer enkle operasjoner.

- Bruk kanaler for å orkestrere beregninger, rørledninger og hendelsesdrevne arkitekturer der meldinger representerer tilstand eller oppgaver som skal behandles asynkront.

- For ytelseskritisk kode som involverer direkte tilstandsmutasjoner med flere tråder eller goroutiner, gir mutexes vanligvis overlegen gjennomstrømning og lavere latens.

- Tenk på kanaler når samtidig logikk drar nytte av melding som passerer semantikk, men unngå dem for høyfrekvente enkle låsebehov.

teknisk dyp dykk

Mutexes bruker typisk atomoperasjoner som sammenligning-og-bytte (CAS) for å låse og låse opp brukerområdet og bare gå inn i kjernen når det oppstår strid for å blokkere tråden. Dette minimerer kontekstbytte og overhead i den uanstendige saken.

Kanaler implementerer FIFO -køer for meldinger og støttes ofte av buffere som kan endre størrelse. Sending på en kanal innebærer å sjekke om mottakeren er klar, kopierer data til bufferen eller blokkerer, og planlegger mottakende goroutine. Disse trinnene legger til kostnader som multipliserer med driftsfrekvens.

Utlemmelser sover stridende tråder og opprettholder en kø, slik at bare en tråd våkner av gangen. Kanaler kan vekke flere goroutiner når meldinger blir tilgjengelige, noe som fører til mer komplekse planlegging og kontekstbyttekostnader.

Konklusjon

Oppsummert er mutexes betydelig raskere enn kanaler i scenarier som krever raske, enkle og hyppige delte tilstandsmutasjoner med lav strid eller korte kritiske seksjoner. Deres lette atomdriftsimplementering, effektiv kjerneblokkering og våkning av tråder, og direkte minnetilgang gir overlegen ytelse sammenlignet med planlegging, kopiering og melding som passerer overhead kanaler pådrar seg. Kanaler er bedre egnet for å kommunisere komplekse arbeid og koordinere goroutiner, men betaler en kostnad i rå synkroniseringshastighet.