16、自旋锁与争用：指数退避和队列锁的深入解析

自旋锁与争用：指数退避和队列锁的深入解析

1. 自旋锁性能分析

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上存在显著差异。

TASLock（Test-And-Set Lock）算法表现不佳。在该算法中，自旋线程几乎每次都会遇到缓存未命中的情况，必须使用总线来获取新的但未改变的值。更糟糕的是，当持有锁的线程尝试释放锁时，由于总线被自旋线程垄断，可能会导致释放延迟。

TTASLock（Test-Test-And-Set Lock）算法在锁被线程 A 持有时表现较好。当线程 B 首次读取锁时，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 重复读取该值时每次都会命中缓存，不会产生总线流量，也不会减慢其他线程的内存访问速度。而且，释放锁的线程不会被自旋线程延迟。

但当锁被释放时，情况会恶化。锁持有者通过将锁变量写为 false 来释放锁，这会立即使自旋线程的缓存副本失效。每个线程都会发生缓存未命中，重新读取新值，并几乎同时调用 getAndSet() 来获取锁。第一个成功的线程会使其他线程的缓存失效，其他线程必须再次读取值，从而引发总线流量风暴。最终，线程会再次进入本地自旋状态。

本地自旋的概念，即线程重复读取缓存值而不是重复使用总线，是设计高效自旋锁的重要原则。

2. 指数退避算法

为了改进 TTASLock 算法，引入了指数退避的概念。当多个线程试图同时获取锁时，就会发生争用。高争用意味着有许多这样的线程，低争用则相反。

在 TTASLock 类中，lock() 方法分两步：重复读取锁，当锁看起来可用时，调用 getAndSet(true) 尝试