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© 郝永亮 黑马粉丝团   /  2020-10-21 17:01  /  318 人查看  /  0 人回复  /   0 人收藏 转载请遵从CC协议 禁止商业使用本文

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
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9
I am spin
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

gPjmz0rVgQ.png
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。

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