从零开始手写自旋锁，一步步带你解锁JDK原子类与自旋锁秘诀！

后端

2023-12-20 18:07:47

在计算机科学领域，自旋锁是一种无阻塞的同步原语，它允许多个线程同时访问共享资源，而不会引起竞争条件或死锁。自旋锁通过使用原子操作来确保资源的原子性，并在资源被占用时让线程在原地等待，直到资源可用。

原子性是并发编程中非常重要的一个概念，它确保在一个操作执行的过程中不会被其他操作中断，从而保证操作的完整性和一致性。自旋锁正是通过利用原子操作来实现资源的原子性，从而保证多个线程可以并发访问共享资源，而不会出现竞争条件或死锁。

JDK中提供了原子类来支持原子操作，这些原子类包括原子整数、原子布尔值和原子引用等。我们可以使用这些原子类来实现自旋锁，从而提高并发程序的性能。

自旋锁的实现

自旋锁的实现主要包括两个步骤：

原子操作：
原子操作是指一个操作在执行过程中不会被其他操作中断，从而保证操作的完整性和一致性。在自旋锁中，原子操作通常是使用原子类来实现的。
自旋：
自旋是指线程在等待资源可用时，不断检查资源是否可用。如果资源可用，则线程立即获取资源并继续执行；如果资源不可用，则线程继续自旋，直到资源可用。

JDK中的原子类

例如，我们可以使用 AtomicInteger 来实现一个自旋锁：

public class SpinLock {

    private AtomicInteger value = new AtomicInteger(0);

    public void lock() {
        while (value.get() != 0) {
            // 自旋等待
        }
        value.set(1);
    }

    public void unlock() {
        value.set(0);
    }
}

自己动手实现自旋锁

我们可以根据上述的原理，自己动手实现一个自旋锁：

public class SpinLock {

    private volatile boolean locked = false;

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

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

可重入自旋锁

可重入自旋锁是指同一个线程可以多次获得同一把自旋锁。可重入自旋锁的实现比普通自旋锁要复杂一些，需要使用额外的计数器来记录线程获取自旋锁的次数。

public class ReentrantSpinLock {

    private volatile int count = 0;
    private volatile Thread owner = null;

    public void lock() {
        Thread currentThread = Thread.currentThread();
        if (currentThread == owner) {
            count++;
            return;
        }
        while (owner != null) {
            // 自旋等待
        }
        owner = currentThread;
        count = 1;
    }

    public void unlock() {
        Thread currentThread = Thread.currentThread();
        if (currentThread == owner) {
            count--;
            if (count == 0) {
                owner = null;
            }
        }
    }
}