【C++】实现自旋锁互斥（TAS 算法和 CAS 算法）

最新推荐文章于 2025-10-10 15:15:42 发布

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本文详细解析了自旋锁（如std::atomic_flag的TAS和std::atomic<bool>的CAS算法）与互斥量的差异，强调了自旋锁在多核CPU环境下的优势，并通过代码实例展示了如何使用std::atomic实现自旋锁。

自旋锁——代码在循环中“自旋”。

自旋锁（spin lock）是一种非阻塞锁，如果某线程需要获取锁，但该锁已经被其他线程占用时，该线程不会被挂起，而是在不断的消耗 CPU 的时间，不停的试图获取锁。

互斥量（mutex）是阻塞锁，当某线程无法获取锁时，该线程会被直接挂起，该线程不再消耗CPU时间，当其他线程释放锁后，操作系统会激活那个被挂起的线程，让其投入运行。

因此，多核 CPU 才能用自旋锁。

其他细节，详看下面代码注释。

#ifndef AMYSPINLOCK_H
#define AMYSPINLOCK_H

#include <atomic>

// 采用 std::atomic_flag 实现自旋锁互斥，即 TAS 算法（Test And Set）
class AMySpinLock1
{
public:
    AMySpinLock1() = default;
    AMySpinLock1(const AMySpinLock1&) = delete;
    AMySpinLock1& operator=(const AMySpinLock1&) = delete;
    void lock()
    {
        while(flag.test_and_set(std::memory_order_acquire));
    }
    void unlock()
    {
        flag.clear(std::memory_order_release);
    }

private:
    // std::atomic_flag 类型的对象必须由宏 ATOMIC_FLAG_INIT 初始化，它把标志初始化为置零状态。
    std::atomic_flag flag{ATOMIC_FLAG_INIT};
};

// 采用 std::atomic<bool> 和 compare_exchange_strong 实现自旋锁互斥，即 CAS 算法（Compare And Swap）
// 比较-交换操作是原子类型的编程基石。
//

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