自旋锁与互斥锁区别

最新推荐文章于 2025-03-29 09:25:09 发布

arvin_xiong

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文章标签：数据库开发语言 c++ linux

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/arvin_xiong/article/details/140830964

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自旋锁和互斥锁都是用于实现多线程或并发程序中同步机制的工具，旨在保护临界区，防止多个线程同时访问共享资源，但它们在实现机制、性能特性和适用场景上存在显著区别：

实现方式与开销：
互斥锁（Mutex）：当一个线程试图锁定一个已经被其他线程持有的互斥锁时，该线程会被操作系统挂起（进入睡眠状态），并从运行队列移除，直到锁被释放，操作系统才会唤醒该线程，将其放回运行队列。这个过程涉及上下文切换，有一定的系统开销。
自旋锁（Spinlock）：当线程尝试获取一个已被占用的自旋锁时，它不会立即放弃CPU，而是原地循环（自旋），不断检查锁的状态，直到锁变为可用。在此期间，线程保持运行状态，消耗CPU资源。因此，自旋锁在获取锁的开销较小，尤其是在锁很快就能被释放的场景下。
自旋锁和互斥锁都是用于实现多线程或并发程序中同步机制的工具，旨在保护临界区，防止多个线程同时访问共享资源，但它们在实现机制、性能特性和适用场景上存在显著区别：

性能考量：
自旋锁在等待时间较短时，可以避免上下文切换的开销，提高效率。但如果等待时间较长，持续占用CPU的自旋会成为性能瓶颈。
互斥锁虽然在获取锁失败时会引入较高的上下文切换开销，但在锁等待时间较长时，可以让出CPU资源，避免资源浪费。
死锁与优先级反转：
自旋锁在使用不当的情况下更容易导致CPU使用率激增或死锁，尤其是在递归调用或持有锁的同时执行耗时操作时。
互斥锁由于线程可能被挂起，减少了死锁的风险，但引入了优先级反转的问题，即高优先级线程可能因等待低优先级线程释放锁而被延迟。
总结来说，自旋锁和互斥锁的选择取决于具体的使用场景和性能需求。如果期望快速获取锁且锁的持有时间很短，自旋锁可能更优；如果锁的持有时间较长或者需要在用户态程序中使用，则互斥锁更为合适。
互斥锁：适用于锁的持有时间不确定或可能较长的情况。由于它会导致线程阻塞，适用于用户态程序和不需要高响应速度的场合。
自旋锁：适用于锁的持有时间很短，以及CPU核心较少的环境。因为自旋会占用CPU，如果锁的等待时间过长，会浪费CPU资源，降低整体效率。因此，自旋锁通常用于内核空间，特别是中断处理程序中，因为在中断上下文中不能休眠。
C语言实现

自旋锁初始化

pthread_spinlock_t spinlock = PTHREAD_SPIN_LOCK_INITIALIZER;
// 或者动态初始化
pthread_spin_init(&spinlock, PTHREAD_PROCESS_PRIVATE);

自旋锁加锁和释放

pthread_spin_lock(&spinlock);
// 临界区代码
pthread_spin_unlock(&spinlock);

互斥锁初始化

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

互斥锁加锁和释放

pthread_mutex_lock(&mutex);
pthread_mutex_unlock(&mutex);

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