JAVA锁---------------------CLH锁和MCS锁

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本文详细介绍了CLH锁和MCS锁两种自旋锁的实现原理及代码实现。CLH锁通过查询前驱变量实现锁的获取与释放，而MCS锁在此基础上增加了真实的后继节点，更适合NUMA架构。两种锁都是公平锁，但在激烈的竞争环境下可能导致性能下降。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

参考：http://ifeve.com/java_lock_see2/

一：CLH锁

实现

package com.eden.coreLearn.thread.lock;

import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;

import org.junit.Test;

/**
 * CLH自旋锁
 * 
 * @author eden.ding1991@gmail.com 2016年7月15日 下午5:39:38
 */
public class CLHLock {

    public static class CLHNode {
        private volatile boolean isLocked = true;
    }

    @SuppressWarnings("unused")
    private volatile CLHNode tail;

    private static final ThreadLocal<CLHNode> nodeLocal = new ThreadLocal<CLHNode>();

    //构建一个CLHLock对象中变量名为tail，类型为CLHNode的原子更新器（该变量必须有volatile关键字修饰）
    private static final AtomicReferenceFieldUpdater<CLHLock, CLHNode> updater   = AtomicReferenceFieldUpdater
            .newUpdater(CLHLock.class, CLHNode.class, "tail");

    public void lock() {
        CLHNode node = new CLHNode();
        nodeLocal.set(node);
        CLHNode preNode = updater.getAndSet(this, node);
        //        System.out.println(String.format("preNode=%s", preNode));
        if (preNode != null) {
            while (preNode.isLocked) {

            }
            preNode = null;
            nodeLocal.set(node);//没看懂为什么又要set一次
        }
    }

    public void unlock() {
        CLHNode node = nodeLocal.get();//获取当前线程锁的节点
        if (!updater.compareAndSet(this, node, null)) {
            node.isLocked = false;
        }
        node = null;
    }

    @Test
    public void testCLHLock() throws InterruptedException {
        Student st = new Student(new CLHLock());
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(new CLHLockThread(st), i + "").start();
        }
        TimeUnit.SECONDS.sleep(30);
    }

    public class Student {
        private int     i = 0;

        private CLHLock lock;

        public Student(CLHLock lock) {
            this.lock = lock;
        }

        public void add() {
            lock.lock();
            this.i = this.i + 1;
            System.out.println(String.format("线程%s的变量i=%s", Thread.currentThread().getName(), this.i));
            //            lock.unlock();
        }
    }

    public class CLHLockThread extends Thread {
        private Student st;

        public CLHLockThread(Student st) {
            this.st = st;
        }

        @Override
        public void run() {
            st.add();
        }
    }
}

CLH锁是通过不停的查询前驱变量preNode来实现的，是隐式的队列，并没有真实的后继节点
lock函数实现：调用lock的时候，先新建一个自己的tail node节点，并存到自己的线程栈里，然后通过updater获取共享的tail node并将共享的tail node更新成自己的tail node,如果共享的tail node不为空，则获取锁失败，执行空轮询，反之成功
unlock函数实现，先取出当前线程的tail node节点，并与共享的tail node节点比较，如果相同，则释放锁，同时将共享的tail node更新成null
CLH锁也是公平锁，遵循先来后到的顺序，但是和其他自旋锁一样，竞争激烈时会导致性能下降

二：MCS锁

实现

package com.eden.coreLearn.thread.lock;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReferenceFieldUpdater;

/**
 *
 * @author eden.ding1991@gmail.com 2016年7月15日 下午6:36:40
 */
public class MCSLock {

    public class MCSNode {
        private volatile MCSNode next;
        private volatile boolean isLocked = true;
    }

    private static final ThreadLocal<MCSNode> nodeLocal = new ThreadLocal<MCSNode>();
    
    @SuppressWarnings("unused")
    private volatile MCSNode node;
    
    private static final AtomicReferenceFieldUpdater<MCSLock, MCSNode> updater   = AtomicReferenceFieldUpdater
            .newUpdater(MCSLock.class, MCSNode.class, "node");

    public void lock() {
        MCSNode current = new MCSNode();
        nodeLocal.set(current);
        MCSNode preNode = updater.getAndSet(this, current);
        if (preNode != null) {
            preNode.next = current;
            while (current.isLocked) {

            }
        }
    }

    public void unlock() {
        MCSNode current = nodeLocal.get();
        if (current.next == null) {
            if (updater.compareAndSet(this, current, null)) {

            } else {
                while (current.next == null) {

                }
            }
        } else {
            current.next.isLocked = false;
            current.next = null;
        }
    }

}