作者| 慕課網精英講師 咚咚嗆
最近總有同學問我:
對自旋鎖的介紹完全聽不懂。我猜,這是一種線程的鎖定,直到這個線程不用這個資源了,才會徹底解鎖,讓出線程。但是希望得到嚴謹的解答,謝謝。
這個問題要從自旋鎖的實現去回答。自旋鎖是用于多線程同步的一種鎖,線程反複檢查鎖變量是否可用。由于線程在這一過程中保持執行,因此是一種忙等待,也即是名字中“自旋”本身的含義。
自旋鎖在不同語言都有不同的實現,但核心邏輯都是一樣的,你可以看做是一個死循環去判斷鎖變量是否可用,如果可用則跳出循環,否則繼續死循環。
邏輯如下:
void spin_lock(lock)
{
while (test_and_set(lock, true));// 鎖可用則返回,否則繼續循環
}
生産者每次加一前後都會加鎖和解鎖,那解鎖後,鎖變量可用,消費者線程就有機會進行減一操作了。那不就是和互斥鎖一樣了嗎?
是的,就鎖的使用上,自旋鎖的使用方式和互斥鎖的使用并無太大區别,但需要注意的是,自旋鎖等待的過程是100%一個核的CPU的,也即是不會讓出CPU,這一點和其他鎖不同。這一點在課程中,有詳細的演示。
既然這種鎖會100%占用CPU,那為什麼計算機需要有自旋鎖這種鎖,對計算機的性能有什麼好處呢?
這是好問題,為什麼計算機内部的實現需要自旋鎖,這需要聯系前面學習的知識。
通過前面的學習我們知道,進程或者線程在運行的時候,是有上下文的,當不同線程進行切換的時候,為了讓線程可以運行起來,需要很多的準備工作,這個準備工作,我們稱為“上下文切換”。
在CPU的一個核中,每秒鐘可會進行萬級~十萬級别的上下文切換次數,每次上下文切換都需要一定的成本,因此頻繁的上下文切換會對計算機性能造成較大的影響。
鎖的好處就是它隻是忙等待,線程始終在運行,相比互斥鎖的使用,避免了上下文切換。
所以這也限定了互斥鎖的使用範圍,如果互斥鎖等待的時間過長,那麼由于它本身對CPU的占用,會導緻别的線程無法使用CPU。
因此,互斥鎖适用于可預見等待時間很短的多線程同步場景,而對于等待時間不可預測或者等待時間很長的場景,仍然是互斥鎖具備更高的效率。
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