java中的自旋锁
概念
“自旋”可以理解为“自我旋转”，这里的“旋转”指“循环”，比如 while 循环或者 for 循环。“自旋”就是自己在这里不停地循环，直到目标达成。而不像普通的锁那样，如果获取不到锁就进入阻塞。
对比自旋和非自旋的获取锁的流程
自旋锁不会放弃 CPU 时间片，而是通过自旋等待锁的释放，也就是说，它会不停地再次地尝试获取锁，如果失败就再次尝试，直到成功为止
非自旋锁和自旋锁是完全不一样的，如果它发现此时获取不到锁，它就把自己的线程切换状态，让线程休眠，然后 CPU 就可以在这段时间去做很多其他的事情，直到之前持有这把锁的线程释放了锁，于是 CPU 再把之前的线程恢复回来，让这个线程再去尝试获取这把锁。如果再次失败，就再次让线程休眠，如果成功，一样可以成功获取到同步资源的锁。
非自旋锁和自旋锁最大的区别，就是如果它遇到拿不到锁的情况，它会把线程阻塞，直到被唤醒。而自旋锁会不停地尝试
自旋锁的好处
首先，阻塞和唤醒线程都是需要高昂的开销的，如果同步代码块中的内容不复杂，那么可能转换线程带来的开销比实际业务代码执行的开销还要大。
在很多场景下，可能我们的同步代码块的内容并不多，所以需要的执行时间也很短，如果我们仅仅为了这点时间就去切换线程状态，那么其实不如让线程不切换状态，而是让它自旋地尝试获取锁，等待其他线程释放锁，有时我只需要稍等一下，就可以避免上下文切换等开销，提高了效率。
用一句话总结自旋锁的好处，那就是自旋锁用循环去不停地尝试获取锁，让线程始终处于 Runnable 状态，节省了线程状态切换带来的开销。
AtomicLong 的实现
public final long incrementAndGet() {
return U.getAndAddLong(this, VALUE, 1L) + 1L;
}
# Unsafe
@HotSpotIntrinsicCandidate
public final long getAndAddLong(Object o, long offset, long delta) {
long v;
do {
v = getLongVolatile(o, offset);
} while (!weakCompareAndSetLong(o, offset, v, v + delta));
return v;
}
自旋锁示例
public class ReentrantSpinLock {
private AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();
// 重入次数
private int count = 0;
public void lock() {
Thread thread = Thread.currentThread();
if (thread == owner.get()) {
++count;
return;
}
//自旋锁获取
while (!owner.compareAndSet(null, thread)) {
System.out.println(thread.getName() + "自旋了");
}
}
public void unlock() {
Thread thread = Thread.currentThread();
// 持有锁的线程才能解锁
if (thread == owner.get()) {
if (count > 0) {
--count;
} else {
// 无需CAS操作，没有竞争，只有线程持有者才能解锁
owner.set(null);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
ReentrantSpinLock spinLock = new ReentrantSpinLock();
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始尝试获取自旋锁");
spinLock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到了自旋锁");
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
spinLock.unlock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了了自旋锁");
}
}
};
Thread t1 = new Thread(runnable);
Thread t2 = new Thread(runnable);
t1.start();
t2.start();
}
}
输出
Thread-0开始尝试获取自旋锁
Thread-1开始尝试获取自旋锁
Thread-0获取了自旋锁
Thread-1自旋了
Thread-1自旋了
Thread-0释放了自旋锁
Thread-1获取到了自旋锁
Thread-1释放了自旋锁
自旋锁一般结合CAS实现
缺点
最大的缺点就在于虽然避免了线程切换的开销，但是它在避免线程切换开销的同时也带来了新的开销，因为它需要不停得去尝试获取锁。如果这把锁一直不能被释放，那么这种尝试只是无用的尝试，会白白浪费处理器资源。也就是说，虽然一开始自旋锁的开销低于线程切换，但是随着时间的增加，这种开销也是水涨船高，后期甚至会超过线程切换的开销，得不偿失。
适用场景
首先，自旋锁适用于并发度不是特别高的场景，以及临界区比较短小的情况，这样我们可以利用避免线程切换来提高效率
可是如果临界区很大，线程一旦拿到锁，很久才会释放的话，那就不合适用自旋锁，因为自旋会一直占用 CPU 却无法拿到锁，白白消耗资源
本讲流程图参考自https://tech.meituan.com/2018/11/15/java-lock.html
自旋锁的实现的代码来自https://www.fatalerrors.org/a/java-implementation-of-spin-lock.html
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