16、自旋锁算法：指数回退与队列锁的实现与优化

自旋锁算法：指数回退与队列锁的实现与优化

1. 自旋锁算法基础与问题分析

在多线程编程中，自旋锁是一种常见的同步机制。然而，不同的自旋锁算法在性能和效率上存在显著差异。

1.1 TASLock 与 TTASLock 算法分析

TASLock 算法存在严重的性能问题。自旋线程几乎每次都会遇到缓存未命中的情况，需要使用总线来获取新的但未改变的值。当持有锁的线程尝试释放锁时，可能会因为总线被自旋线程垄断而延迟。

TTASLock 算法在一定程度上改善了 TASLock 的问题。当线程 A 持有锁时，线程 B 第一次读取锁会发生缓存未命中，需要等待值加载到其缓存中。只要 A 持有锁，B 重复读取该值时都会命中缓存，不会产生总线流量，也不会减慢其他线程的内存访问。但是，当锁被释放时，锁持有者将锁变量写为 false，会使自旋线程的缓存副本失效，所有线程会同时调用 getAndSet() 来获取锁，导致总线流量激增。

1.2 指数回退算法的引入

为了优化 TTASLock 算法，引入了指数回退的概念。当多个线程同时尝试获取锁时，会产生竞争。如果在读取锁和尝试获取锁的两个步骤之间，有其他线程获取了锁，那么很可能该锁的竞争程度较高。在这种情况下，线程继续尝试获取锁会增加总线流量，且成功获取锁的概率较低。因此，线程应该回退一段时间，让竞争线程有机会完成操作。

回退时间的选择是关键。一般来说，不成功尝试的次数越多，竞争可能越高，线程回退的时间应该越长。具体做法是，当线程发现锁已释放但未能获取锁时，会在重试前进行回退。为了避免并发冲突的线程同时尝试获取锁，线程会随机选择回退时间。每次尝试失败后，预期的回退时间会加倍