Synchronized的自旋是怎么实现的

Synchronized 是 Java 中用于实现同步的关键字，它确保在同一时刻只有一个线程能够访问某个特定的代码块或方法。通过使用 synchronized，Java 可以通过内部的锁机制来管理对共享资源的访问。其自旋实现是通过尝试获取锁的方式来减少线程阻塞的次数，提高并发效率。

Java 中的 synchronized 锁机制在实现上有一个自旋的过程，这个过程即线程在等待锁释放时，先进行若干次的自旋（尝试获取锁）而不是立即挂起。当自旋次数达到一定阈值后，如果依然无法获得锁，线程会进入阻塞状态，直到锁被释放。

自旋的概念

自旋锁指的是线程在获取锁时，如果发现锁被占用，就不直接进入阻塞状态，而是继续进行检查，尝试多次获取锁，这个过程叫“自旋”。自旋可以提高性能，减少线程的上下文切换成本，尤其是在锁被持有的时间较短时。

synchronized 实现自旋的方式

在 synchronized 锁的实现中，Java 使用了所谓的“自旋锁”来优化线程的性能。线程通过在一段时间内进行自旋检查锁是否被释放，减少了线程上下文切换的开销。

简单的 synchronized 锁的自旋实现

下面是一个简单的代码示例，演示了如何使用 synchronized 关键字来进行自旋锁的尝试：

javaCopy Codepublic class SpinLockExample {

    private static final Object lock = new Object();
    
    public static void main(String[] args) {
        // 启动多个线程来测试自旋锁的效果
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(new Worker()).start();
        }
    }

    static class Worker implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            // 模拟自旋过程
            int retries = 0;
            boolean acquiredLock = false;
            
            while (!acquiredLock && retries < 5) {
                // 尝试获取锁
                synchronized (lock) {
                    // 进入临界区
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " acquired the lock.");
                    acquiredLock = true; // 获得锁，退出自旋
                }
                if (!acquiredLock) {
                    retries++;
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " retrying... Attempt " + retries);
                }
            }
            
            if (acquiredLock) {
                // 模拟处理任务
                try {
                    Thread.sleep(1000); // 模拟一些工作
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " finished the work.");
            }
        }
    }
}

代码解析：

1. lock 是我们共享的对象，所有线程都尝试在其上获得锁。
2. synchronized 块是关键区域，线程在进入这个块之前必须获得 lock 锁。
3. while (!acquiredLock && retries < 5) 控制自旋次数，线程在没有获得锁的情况下最多进行 5 次自旋。
4. 一旦线程获得锁，进入 synchronized 块并进行工作，然后释放锁。
5. 如果线程未能成功获取锁（其他线程持有锁），它将重新尝试自旋。

为什么要使用自旋：

• 减少上下文切换：上下文切换的开销相对较高，如果锁被很快释放，线程通过自旋可以避免进入阻塞状态，从而减少上下文切换带来的性能损失。
• 适用于短时间锁：当锁持有的时间较短时，自旋能有效提升性能。

注意：

1. 在实际的 synchronized 锁实现中，Java 会根据操作系统和 JVM 的实现来决定是否使用自旋，尤其是当锁竞争不激烈时。
2. 对于长时间持有的锁，频繁的自旋反而可能带来性能负担。