Java并发编程:AQS的自旋锁

Wesley13
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互斥锁在AQS的互斥锁与共享锁中已经做了详细介绍,一个锁一次只能由一个线程持有,其它线程则无法获得,除非已持有锁的线程释放了该锁。这里为什么提互斥锁呢?其实互斥锁和自旋锁都是实现同步的方案,最终实现的效果都是相同的,但它们对未获得锁的线程的处理方式却是不同的。对于互斥锁,当某个线程占有锁后,另外一个线程将进入阻塞状态。与互斥锁类似,自旋锁保证了公共数据在任意时刻最多只能由一条线程获取使用,不同的是在获取锁失败后自旋锁会采取自旋的处理方式。

Java并发编程:AQS的自旋锁

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自旋锁

自旋锁是一种非阻塞锁,它的核心机制就在自旋两个字,即用自旋操作来替代阻塞操作。某一线程尝试获取某个锁时,如果该锁已经被另一个线程占用的话,则此线程将不断循环检查该锁是否被释放,而不是让此线程挂起或睡眠。一旦另外一个线程释放该锁后,此线程便能获得该锁。自旋是一种忙等待状态,过程中会一直消耗CPU的时间片。

Java并发编程:AQS的自旋锁

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为什么自旋

互斥锁有一个很大的缺点,即获取锁失败后线程会进入睡眠或阻塞状态,这个过程会涉及到用户态到内核态的调度,上下文切换的开销比较大。假如某个锁的锁定时间很短,此时如果锁获取失败则让它睡眠或阻塞的话则有点得不偿失,因为这种开销可能比自旋的开销更大。总结起来就是互斥锁更适合持有锁时间长的情况,而自旋锁更适合持有锁时间短的情况。

Java并发编程:AQS的自旋锁

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自旋锁特点

  • 自旋锁的核心机制就是死等,所有想要获得锁的线程都在不停尝试去获取锁,当然这也会引来竞争问题。

  • 与互斥锁一样,自旋锁也只允许一个线程获得锁。

  • 自旋锁能提供中断机制,因为它并不会进入阻塞状态,所以能很好支持中断。

  • 自旋锁适用于锁持有时间叫短的场景,即锁保护临界区很小的常见,这个很容易理解,如果持有锁太久,那么将可能导致大量线程都在自旋,浪费大量CPU资源。

  • 自旋锁无法保证公平性,不保证先到先获得锁,这样就可能造成线程饥饿。

  • 自旋锁需要保证各个本地缓存数据的一致性,在多处理器机器上,每个线程对应的处理器都对同一个变量进行读写。每次写操作都需要同步每个处理器缓存,这可能会影响性能。

04

 自旋锁例子

下面看一个简单的自旋锁的实现,主要看lock和unlock两个方法,Unsafe仅仅是为操作提供了硬件级别的原子CAS操作。 对于lock方法,假如有若干线程竞争,能成功通过CAS操作修改value值为newV的线程即是成功获取锁的线程。 它将顺利通过,而其它线程则不断在循环检测value值是否改回0,将value改为0的操作就是获取锁的线程执行完后对该锁进行释放。 对于unlock方法,用于释放锁,释放后若干线程又继续对该锁竞争。 如此一来,没获得锁的线程也不会被挂起或阻塞,而是不断循环检查状态。

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 AQS的自旋机制

AQS框架中不管是互斥锁还是共享锁实现的基础思想都是基于自旋的机制,不过它对自旋锁做了优化,这个后面会继续讲解。比如下面两图为AQS框架获取独占锁和共享锁的逻辑,具体的逻辑我们先不用管,主要关注方框框住的for(;;)这行代码。这便是自旋操作,通过无限循环来实现自旋

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