futex 是什么？它如何实现高效的用户态锁？

结论：futex（fast userspace mutex）是 Linux 的底层同步原语：锁状态是用户态的一个整数，无竞争时完全在用户态用原子操作完成加解锁，不发生系统调用；只有在真正竞争（锁已被持有）时才陷入内核，通过 futex 系统调用睡眠等待或被唤醒。pthread mutex、glibc 条件变量、Go 的 sync.Mutex 都建立在它之上。

展开：状态机通常三态：0 未锁、1 已锁无等待者、2 已锁有等待者。加锁：CAS 0→1 成功即得锁（纯用户态，一条指令）；失败则置 2 并 futex(FUTEX_WAIT) 挂起。解锁：原子减到 0，若原值是 2 则 futex(FUTEX_WAKE) 唤醒等待者。关键语义：内核按 futex 字的地址维护等待队列，WAIT 时先校验用户态值仍等于预期（防止"检查后到睡眠前锁被释放"的丢失唤醒），不等则直接返回 EAGAIN。性能意义：无竞争路径与自旋锁成本相当，竞争时才付出系统调用，兼顾了两类负载。易错点：futex 是"地址即队列"，跨进程共享需映射同一块内存；futex 字必须 4 字节对齐；程序退出时内核靠 robust futex 机制恢复持锁死亡的锁，避免其他进程永久阻塞。

// 加锁核心：无竞争不进内核
int expected = 0;
if (atomic_compare_exchange(&lock, &expected, 1))
    return;                     // 拿到锁
futex(&lock, FUTEX_WAIT, 2, ...); // 有竞争才进内核

追问方向：PI futex（FUTEX_LOCK_PI）如何解决优先级反转、Go 运行时为什么不直接用 pthread mutex。