非公平自旋锁的实现

2023-11-19 07:30:50

非公平自旋锁与公平自旋锁的实现及其区别

本文将深入探讨非公平自旋锁和公平自旋锁的实现及其区别，为读者提供对这些重要锁机制的全面理解。

非公平自旋锁以其高效且易于实现的特性，广泛应用于多线程编程中。它的核心思想是，当一个线程试图获取锁时，如果锁被占用，它会不断地轮询检查锁的状态，直到锁被释放为止。这种轮询机制确保了线程不会被阻塞，而是继续执行其他任务，从而提高了系统的整体性能。

class NonFairSpinlock {
    private volatile boolean locked = false;

    public void lock() {
        while (locked) {
            // 自旋等待锁释放
        }
        locked = true;
    }

    public void unlock() {
        locked = false;
    }
}

上例中，NonFairSpinlock类定义了一个简单的非公平自旋锁。其中，locked变量用于标记锁的状态，当值为true时表示锁被占用，值为false时表示锁是可用的。lock()方法用于获取锁，它会一直轮询检查locked变量，直到其值为false时才将其设置为true，表示锁被当前线程获取。unlock()方法用于释放锁，它将locked变量设置为false，表示锁可以被其他线程获取。

公平自旋锁与非公平自旋锁的区别在于，它确保了线程获取锁的顺序是公平的，即先请求锁的线程将优先获得锁。公平自旋锁通过维护一个队列来实现这一点，当一个线程试图获取锁时，如果锁被占用，它会被添加到队列的末尾，然后等待前面的线程释放锁。

class FairSpinlock {
    private volatile boolean locked = false;
    private Queue<Thread> waitingThreads = new LinkedList<>();

    public void lock() {
        synchronized (waitingThreads) {
            waitingThreads.add(Thread.currentThread());
            while (locked) {
                try {
                    waitingThreads.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            locked = true;
            waitingThreads.remove(Thread.currentThread());
        }
    }

    public void unlock() {
        synchronized (waitingThreads) {
            locked = false;
            if (!waitingThreads.isEmpty()) {
                waitingThreads.notifyAll();
            }
        }
    }
}

上例中，FairSpinlock类定义了一个简单的公平自旋锁。其中，locked变量用于标记锁的状态，waitingThreads队列用于维护等待获取锁的线程。lock()方法用于获取锁，它首先将当前线程添加到waitingThreads队列的末尾，然后等待前面的线程释放锁。当锁被释放时，unlock()方法会唤醒队列中的第一个线程，使其获取锁。

非公平自旋锁和公平自旋锁的主要区别在于公平性。非公平自旋锁不保证线程获取锁的顺序是公平的，而公平自旋锁则保证了这一点。在某些情况下，非公平自旋锁可能会导致某些线程长时间无法获取锁，而公平自旋锁则可以避免这种情况。

非公平自旋锁的优点是实现简单、性能较高，适合于对公平性要求不高的场景。公平自旋锁的优点是能够保证线程获取锁的顺序是公平的，适合于对公平性要求较高的场景。

在选择非公平自旋锁还是公平自旋锁时，需要考虑以下因素：