黑马程序员技术交流社区

标题: 深入理解基于CAS机制的自旋锁 [打印本页]

---

作者: 郝永亮    时间: 2020-10-21 17:01
标题: 深入理解基于CAS机制的自旋锁
1. 什么是自旋锁
自旋锁（spinlock）：是指当一个线程在获取锁的时候，如果锁已经被其它线程获取，那么该线程将循环等待，然后不断的判断锁是否能够被成功获取，直到获取到锁才会退出循环。
获取锁的线程一直处于活跃状态，但是并没有执行任何有效的任务，使用这种锁会造成 busy-waiting。

2.Java 如何实现自旋锁？
先看一个实现自旋锁的例子，java.util.concurrent 包里提供了很多面向并发编程的类。使用这些类在多核 CPU 的机器上会有比较好的性能。主要原因是这些类里面大多使用 (失败 - 重试方式的) 乐观锁而不是 synchronized 方式的悲观锁.

[Java] 纯文本查看 复制代码

class spinlock {

    private AtomicReference<Thread> cas;

    spinlock(AtomicReference<Thread> cas){

        this.cas = cas;

    }

    public void lock() {

        Thread current = Thread.currentThread();

        // 利用CAS

        while (!cas.compareAndSet(null, current)) { //为什么预期是null？？

            // DO nothing

            System.out.println("I am spinning");

        }

    }



    public void unlock() {

        Thread current = Thread.currentThread();

        cas.compareAndSet(current, null);

    }

}

lock（) 方法利用的 CAS，当第一个线程 A 获取锁的时候，能够成功获取到，不会进入 while 循环，如果此时线程 A 没有释放锁，另一个线程 B 又来获取锁，此时由于不满足 CAS，所以就会进入 while 循环，不断判断是否满足 CAS，直到 A 线程调用 unlock 方法释放了该锁。

自旋锁验证代码

[Java] 纯文本查看 复制代码

package ddx.多线程;



import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;



public class 自旋锁 {

    public static void main(String[] args) {

        AtomicReference<Thread> cas = new AtomicReference<Thread>();

        Thread thread1 = new Thread(new Task(cas));

        Thread thread2 = new Thread(new Task(cas));

        thread1.start();

        thread2.start();

    }





}



//自旋锁验证

class Task implements Runnable {

    private AtomicReference<Thread> cas;

    private spinlock slock ;



    public Task(AtomicReference<Thread> cas) {

        this.cas = cas;

        this.slock = new spinlock(cas);

    }



    @Override

    public void run() {

        slock.lock(); //上锁

        for (int i = 0; i < 10; i++) {

            //Thread.yield();

            System.out.println(i);

        }

        slock.unlock();

    }

}

通过之前的 AtomicReference 类创建了一个自旋锁 cas，然后创建两个线程，分别执行，结果如下：

[AppleScript] 纯文本查看 复制代码

0

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

1

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

I am spin

2

3

4

5

6

7

8

9

I am spin

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

通过对输出结果的分析我们可以得知，首先假定线程一在执行 lock 方法的时候获得了锁，通过方法

cas.compareAndSet(null, current)

将引用改为线程一的引用，跳过 while 循环，执行打印函数

而线程二此时也进入 lock 方法，在执行比较操作的时候发现，expect value ！= update value，于是进入 while 循环，打印

i am spinning。由以下红字可以得出结论，Java 中的一个线程并不是总是占着 cpu 时间片不放，一直执行完的，而是采用抢占式调度，所以出现了上面两个线程交替执行的现象

Java 线程的实现是通过映射到系统的轻量级线程上，轻量级线程有对应系统的内核线程，内核线程的调度由系统调度器来调度的，所以 Java 的线程调度方式取决于系统内核调度器，只不过刚好目前主流操作系统的线程实现都是抢占式的。

3. 自旋锁存在的问题
使用自旋锁会有以下一个问题：
1. 如果某个线程持有锁的时间过长，就会导致其它等待获取锁的线程进入循环等待，消耗 CPU。使用不当会造成 CPU 使用率极高。
2. 上面 Java 实现的自旋锁不是公平的，即无法满足等待时间最长的线程优先获取锁。不公平的锁就会存在 “线程饥饿” 问题。

---

欢迎光临 黑马程序员技术交流社区 (http://bbs.itheima.com/)

黑马程序员IT技术论坛 X3.2