16、自旋锁与竞争：指数回退和队列锁的实现与优化

自旋锁与竞争：指数回退和队列锁的实现与优化

1. 自旋锁性能问题分析

在多线程环境中，自旋锁的性能受到多种因素的影响。以 TASLock 为例，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，由于总线被自旋线程垄断，可能会导致延迟。这就是 TASLock 性能不佳的原因。

而 TTASLock 算法在性能上有所改进。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。然而，当锁被释放时，情况会恶化。锁持有者将锁变量写为 false，这会使自旋线程的缓存副本失效，它们都会重新读取新值，并几乎同时调用 getAndSet() 来获取锁，导致总线流量激增。

1.1 局部自旋的重要性

局部自旋是指线程反复读取缓存值而不是反复使用总线，这是设计高效自旋锁的重要原则。通过减少总线流量，可以提高锁的性能。

2. 指数回退算法

2.1 回退的必要性

在 TTASLock 算法中，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，很可能存在高竞争。在高竞争情况下尝试获取锁会增加总线流量，且线程获取锁的机会渺茫。因此，线程应该回退一段时间，让竞争线程有机会完成操作。

2.2 回退时间的确定

一个好的经验法则是，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。每次线程看到锁变为可用但未能获取时，会在重试前进行回退。为了