鎖作為并發共享數據，保證一致性的工具，在JAVA平臺有多種實現(如 synchronized 和 ReentrantLock等等 ) 。這些已經寫好提供的鎖為我們開發提供了便利，但是鎖的具體性質以及類型卻很少被提及。本系列文章將分析JAVA下常見的鎖名稱以及特性，為大家答疑解惑。
1、自旋鎖
自旋鎖是采用讓當前線程不停地的在循環體內執行實現的，當循環的條件被其他線程改變時 才能進入臨界區。如下
private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>();
public void lock(){
Thread current = Thread.currentThread();
while(!sign .compareAndSet(null, current)){
}
}
public void unlock (){
Thread current = Thread.currentThread();
sign .compareAndSet(current, null);
}
}
使用了CAS原子操作，lock函數將owner設置為當前線程，并且預測原來的值為空。unlock函數將owner設置為null，并且預測值為當前線程。
當有第二個線程調用lock操作時由于owner值不為空，導致循環一直被執行，直至第一個線程調用unlock函數將owner設置為null，第二個線程才能進入臨界區。
由于自旋鎖只是將當前線程不停地執行循環體，不進行線程狀態的改變，所以響應速度更快。但當線程數不停增加時，性能下降明顯，因為每個線程都需要執行，占用CPU時間。如果線程競爭不激烈，并且保持鎖的時間段。適合使用自旋鎖。
注：該例子為非公平鎖，獲得鎖的先后順序，不會按照進入lock的先后順序進行。
2.自旋鎖的其他種類
上文我們講到了自旋鎖，在自旋鎖中 另有三種常見的鎖形式:TicketLock ，CLHlock 和MCSlock
Ticket鎖主要解決的是訪問順序的問題，主要的問題是在多核cpu上:
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class TicketLock {
private AtomicInteger serviceNum = new AtomicInteger();
private AtomicInteger ticketNum = new AtomicInteger();
private static final ThreadLocal<Integer> LOCAL = new ThreadLocal<Integer>();
public void lock() {
int myticket = ticketNum.getAndIncrement();
LOCAL.set(myticket);
while (myticket != serviceNum.get()) {
}
}
public void unlock() {
int myticket = LOCAL.get();
serviceNum.compareAndSet(myticket, myticket + 1);
}
}
每次都要查詢一個serviceNum 服務號，影響性能（必須要到主內存讀取，并阻止其他cpu修改）。
CLHLock 和MCSLock 則是兩種類型相似的公平鎖，采用鏈表的形式進行排序。
public class CLHLock {
public static class CLHNode {
private volatile boolean isLocked = true;
}
@SuppressWarnings("unused")
private volatile CLHNode tail;
private static final ThreadLocal<CLHNode> LOCAL = new ThreadLocal<CLHNode>();
private static final AtomicReferenceFieldUpdater<CLHLock, CLHNode> UPDATER = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(CLHLock.class,
CLHNode.class, "tail");
public void lock() {
CLHNode node = new CLHNode();
LOCAL.set(node);
CLHNode preNode = UPDATER.getAndSet(this, node);
if (preNode != null) {
while (preNode.isLocked) {
}
preNode = null;
LOCAL.set(node);
}
}
public void unlock() {
CLHNode node = LOCAL.get();
if (!UPDATER.compareAndSet(this, node, null)) {
node.isLocked = false;
}
node = null;
}
}
CLHlock是不停的查詢前驅變量， 導致不適合在NUMA 架構下使用（在這種結構下，每個線程分布在不同的物理內存區域）
MCSLock則是對本地變量的節點進行循環。不存在CLHlock 的問題。
public class MCSLock {
public static class MCSNode {
volatile MCSNode next;
volatile boolean isLocked = true;
}
private static final ThreadLocal<MCSNode> NODE = new ThreadLocal<MCSNode>();
@SuppressWarnings("unused")
private volatile MCSNode queue;
private static final AtomicReferenceFieldUpdater<MCSLock, MCSNode> UPDATER = AtomicReferenceFieldUpdater.newUpdater(MCSLock.class,
MCSNode.class, "queue");
public void lock() {
MCSNode currentNode = new MCSNode();
NODE.set(currentNode);
MCSNode preNode = UPDATER.getAndSet(this, currentNode);
if (preNode != null) {
preNode.next = currentNode;
while (currentNode.isLocked) {
}
}
}
public void unlock() {
MCSNode currentNode = NODE.get();
if (currentNode.next == null) {
if (UPDATER.compareAndSet(this, currentNode, null)) {
} else {
while (currentNode.next == null) {
}
}
} else {
currentNode.next.isLocked = false;
currentNode.next = null;
}
}
}
從代碼上 看，CLH 要比 MCS 更簡單，
CLH 的隊列是隱式的隊列，沒有真實的后繼結點屬性。
MCS 的隊列是顯式的隊列，有真實的后繼結點屬性。
JUC ReentrantLock 默認內部使用的鎖 即是 CLH鎖（有很多改進的地方，將自旋鎖換成了阻塞鎖等等）。
（全文完）
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