

什么是自旋?字面意思是 "自我旋转" 。在 Java 中也就是循环的意思,比如 for 循环,while 循环等等。那自旋锁顾名思义就是「线程循环地去获取锁」。
非自旋锁,也就是普通锁。获取不到锁,线程就进入阻塞状态。等待 CPU 唤醒,再去获取。
想象以下场景:某线程去获取锁(可能是自旋锁 or 非自旋锁),然而锁现在被其他线程占用了。它两获取锁的执行流程就如下图所示:

自旋锁
在 Java 1.5 版本及以上的并发包中,也就是 java.util.concurrent 的包中,里面的原子类基本都是自旋锁的实现。我们看看做常用的 AtomicInteger 类,它里面有个 getAndIncrement 方法,源码如下:

getAndIncrement
getAndIncrement 也是直接调用 nsafe 的 getAndAddInt 方法,从下面源码可以看出这个方法直接就是做了一个 do-while 的循环。「这个循环就是一个自旋操作,如果在修改过程中遇到了其他线程竞争导致没修改成功的情况,就会 while 循环里进行死循环,直到修改成功为止」。

unsafe.getAndAddInt
首先我们知道自旋锁的好处就是能减少线程切换状态的开销;坏处就是如果一直旋下去,自旋开销会比线程切换状态的开销大得多。知道优缺点,那我们的适用场景就很简单了:
在面试的时候经常会遇到让你实现一个可重入的自旋锁这种问题,小伙伴们还是得了解思路。为了引入自旋特性,我们使用 AtomicReference 类提供一个可以原子读写的对象引用变量。
定义一个加锁方法,如果有其他线程已经获取锁,当前线程将进入自旋,如果还是已经持有锁的线程获取锁,那就是重入。
定义一个解锁方法,解锁的话,只有持有锁的线程才能解锁,解锁的逻辑思维将 count-1,如果 count == 0,则是把当前持有锁线程设置为 null,彻底释放锁。
源码如下:
package com.nasus.thread.lock.Spin;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
/**
* 实现一个可重入的自旋锁
*/
public class ReentrantSpinLock {
private AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();
//重入次数
private int count = 0;
public void lock() {
Thread t = Thread.currentThread();
if (t == owner.get()) {
++count;
return;
}
//自旋获取锁
while (!owner.compareAndSet(null, t)) {
System.out.println("自旋了");
}
}
public void unlock() {
Thread t = Thread.currentThread();
//只有持有锁的线程才能解锁
if (t == owner.get()) {
if (count > 0) {
--count;
} else {
//此处无需CAS操作,因为没有竞争,因为只有线程持有者才能解锁
owner.set(null);
}
}
}
public static void main(String[] args) {
ReentrantSpinLock spinLock = new ReentrantSpinLock();
Runnable runnable = () -> {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始尝试获取自旋锁");
spinLock.lock();
try {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到了自旋锁");
Thread.sleep(4000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} finally {
spinLock.unlock();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了了自旋锁");
}
};
Thread thread1 = new Thread(runnable);
Thread thread2 = new Thread(runnable);
thread1.start();
thread2.start();
}
}
从结果我们可以看出,前面一直打印 "自旋了",说明 CPU 一直在尝试获取锁。PS:如果你们电脑不好的话,在这期间风扇会加速的,因为 CPU 一直在工作。

运行结果
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