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Java自旋鎖的實(shí)現(xiàn)示例

更新時(shí)間：2024年02月20日 09:22:29 作者：Hacoj

自旋鎖是一種特殊的鎖,用于解決多線程同步問題,本文主要介紹了Java自旋鎖的實(shí)現(xiàn)示例,具有一定的參考價(jià)值,感興趣的可以了解一下

自旋鎖的提出背景

由于在多處理器環(huán)境中某些資源的有限性，有時(shí)需要互斥訪問(mutual exclusion)，這時(shí)候就需要引入鎖的概念，只有獲取了鎖的線程才能夠?qū)Y源進(jìn)行訪問，由于多線程的核心是CPU的時(shí)間分片，所以同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程獲取到鎖。那么就面臨一個(gè)問題，那么沒有獲取到鎖的線程應(yīng)該怎么辦？

通常有兩種處理方式：一種是沒有獲取到鎖的線程就一直循環(huán)等待判斷該資源是否已經(jīng)釋放鎖，這種鎖叫做自旋鎖，它不用將線程阻塞起來(NON-BLOCKING)；還有一種處理方式就是把自己阻塞起來，等待重新調(diào)度請(qǐng)求，這種叫做互斥鎖。

概念

自旋鎖（Spinlock）是一種特殊的鎖，用于解決多線程同步問題。與常規(guī)鎖（如synchronized關(guān)鍵字或ReentrantLock）不同，自旋鎖在嘗試獲取鎖時(shí)，如果鎖已經(jīng)被其他線程持有，那么當(dāng)前線程不會(huì)立即進(jìn)入阻塞狀態(tài)，而是會(huì)進(jìn)行一段忙等待（busy-waiting），即在一個(gè)循環(huán)中不斷檢查鎖是否已經(jīng)被釋放。

自旋鎖的名字來源于它的行為：線程會(huì)“自旋”等待，而不是阻塞等待。這種策略在某些場(chǎng)景下可能會(huì)更有效，特別是當(dāng)鎖被持有的時(shí)間很短，或者線程切換的代價(jià)較高時(shí)。因?yàn)樵谶@種情況下，線程等待鎖釋放的時(shí)間可能比線程阻塞和喚醒的時(shí)間還要短，所以自旋鎖可以提高性能。

自旋鎖的工作原理

嘗試獲取鎖：線程嘗試獲取鎖。

檢查鎖狀態(tài)：如果鎖被其他線程持有，線程會(huì)進(jìn)入一個(gè)循環(huán)，不斷檢查鎖的狀態(tài)。

自旋：在循環(huán)中，線程會(huì)執(zhí)行一些輕量級(jí)的操作（如空循環(huán)），而不是進(jìn)入阻塞狀態(tài)。

重新嘗試：一段時(shí)間后，線程會(huì)再次嘗試獲取鎖。

獲取鎖或放棄：如果鎖在自旋期間變得可用，線程會(huì)獲取鎖并執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。如果自旋超過了預(yù)定的最大次數(shù)或時(shí)間，線程可能會(huì)放棄獲取鎖并執(zhí)行其他操作。

然而，如果鎖被持有的時(shí)間較長，那么自旋鎖可能會(huì)浪費(fèi)CPU資源，因?yàn)榫€程會(huì)不斷地檢查鎖的狀態(tài)。在這種情況下，常規(guī)鎖可能更為合適，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S線程在等待鎖時(shí)進(jìn)入阻塞狀態(tài)，從而釋放CPU資源。

簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)示例：

public class SpinLock {  
    private volatile boolean locked = false;  
  
    public void lock() {  
        while (!locked) {  
            locked = true;  
        }  
    }  
  
    public void unlock() {  
        locked = false;  
    }  
}

這個(gè)示例中的SpinLock類有一個(gè)locked變量來表示鎖是否被持有。lock()方法會(huì)嘗試獲取鎖，如果鎖沒有被持有（locked為false），那么線程就獲取鎖并將locked設(shè)置為true。如果鎖已經(jīng)被持有，那么線程會(huì)在一個(gè)循環(huán)中不斷嘗試獲取鎖。unlock()方法用于釋放鎖，將locked設(shè)置為false。