自旋锁实现理解

自旋锁实现理解

锁类型

• 可重入锁：基于线程维度，递归锁定、再一层一层释放。

• 可中断锁：等待锁期间可以被中断。

• 公平锁：等待时间最长的锁优先被给到。

• 读写锁：读写分离，一个读锁，一个写锁，提高并发。

• 自旋锁：自旋是一种"原地忙等"策略，线程未获得锁则原地等待，不去睡眠，直到锁被释放，即不放弃CPU时间片，避免线程进入阻塞状态的开销（线程的阻塞挂起处理器需要切换上下文）。注意：自旋一般会设定一个过期时间，防止长时间自旋导致CPU时间片被长时间占用。自旋是等待他人，不能等待自己，若递归过程中原地打转嵌套等待自己，就会进入死锁。

  适合：耗时较少的逻辑中，对共享数据的保护，每个线程持有的自旋锁的时间较短。

  优点：等待的线程发现自旋锁被其他线程持有的时候，不必挂起自己，而是原地稍微等一会儿，直到锁被释放。所以，避免了线程切换带来的开销。

  缺点：等待自旋锁的线程一直占有CPU，如果长时间得不到自旋锁或者释放自旋锁，会导致CPU的浪费。另外，自旋锁可能导致死锁。

• 互斥锁：线程未获得锁则去睡眠。

一种自旋锁的简单实现

• SpinLock

package lockTest;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

/**
 * 它是为实现保护共享资源而提出一种锁机制。其实，自旋锁与互斥锁比较类似，它们都是为了解决对某项资源的互斥使用。无论是互斥锁，还是自旋锁，在任何时刻，最多只能有一个保持者，也就说，在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。
 * 但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁，如果资源已经被占用，资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠，如果自旋锁已经被别的执行单元保持，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁，"自旋"一词就是因此而得名。
 */
public class SpinLock {
   
    /**
     * AtomicReference 原理：
     * unsafe获取偏移量 + 基址 定位到真实内存地址，cas操作保证原子性，volatile 修饰 value 保证可见性和有序性。
     * 类似版本号概念解 ABA 问题。
     * 自旋 失败重试 保障操作执行成功。
     *
     * holderWithSpinLock 为 持有自旋锁的线程对象。
     *
     * 无 static 保障每个操作的原子性，最终结果是100。（局部原子，并发）
     * 有 static 保障过程的串行化，从1加到100，每次获取锁、解开锁，最终得到100。（整体原子，串行）
     */
    private final AtomicReference<Thread> holderWithSpinLock = new AtomicReference<>();

//    private static final AtomicReference holderWithSpinLock = new AtomicReference<>();

    public AtomicReference<Thread> getHolderWithSpinLock() {
   
        return holderWithSpinLock;
    }

    /**
     * 不需要 volatile 修饰，因为不存在并发修改。是描述一个线程的自旋次数。
     * 可重入锁，计数重入次数。
     **/
    private int count = 0;

    public void lock(){
   
        // 当前线程
        Thread curThread = Thread.currentThread();
        System.out.println("curThread: "+ curThread + " start try enter lock with rotate.");
        // 如果是当前线程已经持有锁，则自旋次数加一。
        if(holderWithSpinLock.get() == curThread){
   
            System.out.println("curThread: "+ curThread + " is self rotate. count is: " + count);
            count++;
            return;
        }
        // 自旋 等待锁资源
        while(!holderWithSpinLock.compareAndSet(null, curThread)){
   
            System.out.println("curThread: "+ curThread + " is rotate.");
        }
        System.out.println("curThread: "+ curThread + " get lock success.")