自旋锁和互斥锁

本文讨论了互斥锁和自旋锁的工作原理及其优缺点。互斥锁通过让线程休眠来避免冲突,但休眠操作代价高昂;自旋锁则通过不断轮询来等待锁的释放,但在锁长时间占用时会造成资源浪费。文章最后指出,在单核/单CPU系统中,自旋锁并不是一个好的选择。

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1. 理论分析
从理论上说, 如果一个线程尝试加锁一个互斥锁的时候没有成功, 因为互斥锁已经被锁住了, 这个未获取锁的线程会休眠以使得其它线程可以马上运行。 这个线程会一直休眠, 直到持有锁的线程释放了互斥锁, 休眠的线程才会被唤醒。 如果一个线程尝试获得一个自旋锁的时候没有成功, 该线程会一直尝试加锁直到成功获取锁。 因此它不允许其它线程运行(当然, 操作系统会在该线程所在的时间片用完时, 强制切换到其它线程)

2. 存在的问题
互斥锁存在的问题是, 线程的休眠和唤醒都是相当昂贵的操作, 它们需要大量的CPU指令, 因此需要花费一些时间。 如果互斥量仅仅被锁住很短的一段时间, 用来使线程休眠和唤醒线程的时间会比该线程睡眠的时间还长, 甚至有可能比不断在自旋锁上轮训的时间还长。自旋锁的问题是, 如果自旋锁被持有的时间过长, 其它尝试获取自旋锁的线程会一直轮训自旋锁的状态, 这将非常浪费CPU的执行时间, 这时候该线程睡眠会是一个更好的选择

3. 解决方案
在单核/单CPU系统上使用自旋锁是没用的, 因为当线程尝试获取自旋锁不成功的时候会一直尝试, 这会一直占用CPU, 其它线程不可能运行, 因为其他线程不能运行, 这个锁也就不会被解锁

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