深入 Go 底层原理（八）：sync 包的实现剖析
1. 引言
除了 channel，Go 还提供了传统的、基于共享内存的同步原语，它们都位于 sync 包中。在高并发场景下，正确且高效地使用这些工具至关重要。理解它们的底层实现，能帮助我们避免死锁、竞争条件，并写出性能更优的并发代码。
本文将深入 sync 包，重点剖析 Mutex、WaitGroup 和 Pool 这三个最常用工具的内部工作原理。
2. sync.Mutex (互斥锁)
Mutex 用于保护临界区，确保同一时间只有一个 goroutine 可以访问共享资源。
核心数据结构:
type Mutex struct {state int32 // 锁的状态 (锁定、唤醒、饥饿等)sema uint32 // 信号量，用于唤醒等待的 goroutine
}
state: 这是一个复合状态字段，通过位操作（bit manipulation）来存储多个信息：Locked Bit: 标记锁是否已被持有。
Woken Bit: 标记是否有 goroutine 已被唤醒。
Starving Bit: 标记锁是否进入“饥饿”模式。
Waiter Count: 记录等待锁的 goroutine 数量。
工作模式: Mutex 有两种工作模式：
正常模式 (Normal Mode):
当一个 goroutine 请求锁时，如果锁未被持有，它会立即获得锁。
如果锁已被持有，它会通过几次**自旋（Spinning）**尝试获取锁。自旋是指在不挂起 goroutine 的情况下，进行忙等待循环。这对于锁很快会被释放的场景能提升性能。
如果自旋后仍未获取到锁，goroutine 会被加入等待队列并挂起。
当锁被释放时，会唤醒等待队列中的一个 goroutine。被唤醒的 goroutine 和新来的 goroutine 会公平竞争。
饥饿模式 (Starving Mode):
如果一个 goroutine 等待锁的时间超过了 1ms，
Mutex会切换到饥饿模式。在饥饿模式下，锁的所有权会直接交接给等待队列中的队头 goroutine，新来的 goroutine 即使自旋也无法获取锁。
目的：防止等待队列中的 goroutine 因为不断有新来的“插队者”而长时间“饿死”，保证了公平性。
3. sync.WaitGroup
WaitGroup 用于等待一组 goroutine 全部执行完毕。
核心数据结构:
type WaitGroup struct {noCopy noCopy // 保证 WaitGroup 不被复制state1 [3]uint32
}
state1: 同样是一个复合字段，存储了两个核心信息：Counter: 一个 32 位的计数器，记录需要等待的 goroutine 数量。
Waiter Count: 等待
Wait()的 goroutine 数量。
工作原理:
Add(delta int): 直接通过原子操作（atomic operations）给Counter增加delta。Done(): 等价于Add(-1)，通过原子操作将Counter减一。当Counter变为 0 时，它会唤醒所有在Wait()处等待的 goroutine。Wait():检查
Counter是否为 0。如果是，立即返回。如果不为 0，它会通过信号量机制将当前 goroutine 挂起，直到
Counter变为 0 时被Done()唤醒。
4. sync.Pool (临时对象池)
Pool 用于缓存和复用临时对象，以减轻 GC 压力。它特别适用于那些需要频繁创建和销毁、生命周期短暂的对象的场景。
核心设计:
Pool是并发安全的。Pool中的对象随时可能被 GC 回收。你不应该依赖Pool来存储有状态的、持久的对象。每个 P (Processor) 都有自己的本地池：为了避免锁竞争，
sync.Pool为每个 P 都维护了一个私有的对象列表（poolLocal）。
工作原理:
Get():优先尝试从当前 P 的本地私有池 (private) 中获取对象。此操作无锁。
如果私有池为空，尝试从当前 P 的本地共享池 (shared) 中获取。此操作也无锁。
如果本地共享池也为空，尝试从其他 P 的共享池中窃取一个对象。
如果窃取也失败，最后会调用
Pool中预设的New函数（如果存在）来创建一个新对象。
Put(x interface{}):将对象
x放入当前 P 的本地私有池中。此操作无锁。
GC 与 Pool:
在每次 GC 开始时，
sync.Pool会清理其缓存。它会移除所有 P 的本地共享池中的对象，并将它们移动到一个“受害者缓存”中。私有池中的对象则会被直接丢弃。这保证了Pool不会无限增长，也解释了为什么池中的对象是不稳定的。