多线程（50）如何实现自旋锁

àì夳堔傛蜴生んèń 2024-04-24 23:15 72阅读 0赞

自旋锁是一种忙等锁，当线程尝试获取锁而锁已被其他线程持有时，该线程会在一个循环中不断尝试获取锁，直到成功为止。与传统的互斥锁相比，自旋锁不会使线程进入睡眠状态，因此如果等待锁的时间非常短，自旋锁的性能可能会更好。但是，如果锁被长时间持有，自旋锁会浪费大量CPU资源。

下面是一个使用Java代码实现的简单自旋锁示例。请注意，该示例仅用于教育目的，实际应用中应使用Java的`java.util.concurrent.locks.Lock`接口或其他并发工具类，因为它们提供了更完善、更可靠的锁实现。

#### 简单的自旋锁实现 ####

我们将使用`AtomicBoolean`来实现自旋锁。`AtomicBoolean`类提供了一种线程安全的布尔值操作方式，其内部使用了无锁的比较并交换（CAS）操作，非常适合用于实现自旋锁。

import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;
    
    public class SpinLock {
        
        private final AtomicBoolean lock = new AtomicBoolean(false);
    
        /**
         * 尝试获取锁，如果锁已被其他线程持有，则持续尝试
         */
        public void lock() {
        
            while (!lock.compareAndSet(false, true)) {
        
                // 循环尝试获取锁，直到成功为止
                // 注意：在高并发情况下可能会导致大量CPU资源浪费
            }
        }
    
        /**
         * 释放锁
         */
        public void unlock() {
        
            lock.set(false);
        }
    
        public static void main(String[] args) {
        
            SpinLock spinLock = new SpinLock();
    
            // 线程1
            new Thread(() -> {
        
                spinLock.lock();
                try {
        
                    System.out.println("Thread 1 acquired the lock");
                    Thread.sleep(1000); // 模拟执行任务
                } catch (InterruptedException e) {
        
                    Thread.currentThread().interrupt();
                } finally {
        
                    spinLock.unlock();
                    System.out.println("Thread 1 released the lock");
                }
            }).start();
    
            // 线程2
            new Thread(() -> {
        
                spinLock.lock();
                try {
        
                    System.out.println("Thread 2 acquired the lock");
                } finally {
        
                    spinLock.unlock();
                    System.out.println("Thread 2 released the lock");
                }
            }).start();
        }
    }

在这个示例中，`lock()`方法使用了一个循环，不断尝试通过`compareAndSet()`方法将`lock`变量从`false`设置为`true`。只有当`compareAndSet()`返回`true`时，当前线程才成功获得锁。`unlock()`方法则简单地将`lock`变量置回`false`以释放锁。

#### 注意事项 ####

1.  **性能问题**：自旋锁在锁持有时间非常短且线程竞争不激烈的场景下效率较高，但如果锁被长时间持有，它会导致大量的CPU时间被浪费在无效的锁请求上。
2.  **公平性**：上述简单的自旋锁实现不是公平的，即没有考虑请求锁的顺序。在竞争激烈的情况下，某些线程可能会饥饿。
3.  **实际使用**：在实际应用中，建议使用Java标准库中提供的锁和并发工具，如`ReentrantLock`，它们提供了更高级的功能，比如可重入性、公平性选择和条件变量支持。

自旋锁是对高性能并发程序设计的一种基本构建块，正确使用它们可以在特定场景下显著提升性能。然而，设计高效且正确的并发控制机制需要深入理解底层原理和应用场景。