理解不了自旋锁

Question

对自旋锁的介绍完全听不懂
请问老师，自旋锁的线程会反复检查锁变量是否可用，然后呢？可用怎么样，不可用又怎么样？
直接就不会让出CPU了，就忙等待了，有点蒙。

当然我猜，这是一种线程的锁定，直到这个线程不用这个资源了，才会彻底解锁，让出线程。但是希望得到严谨的解答，谢谢

Answer 1

咚咚呛 2019-08-19 22:39:42

这个问题要从自旋锁的实现去回答。

自旋锁在不同语言都有不同的实现，但核心逻辑都是一样的，你可以看做是一个死循环去判断锁变量是否可用，如果可用则跳出循环，否则继续死循环。

逻辑如下：

void spin_lock(lock)
{
    while (test_and_set(lock, true));// 锁可用则返回，否则继续循环
}

需要注意的是，死循环是占用100%的CPU的，也即是不会让出CPU。

有一个跟死循环相关的程序员段子可以分享一下：

程序员小明和女朋友在机场候机，女生突然肚子疼了，小明在心疼之余掏出笔记本写了个四线程死循环提高CPU温度给女生暖肚子，女生非常感动，然后给自己买了一个暖宝宝。

希望对你有所帮助。

• 提问者 激发态电子 #1

  还是没太懂
  课程中，生产者每次加一前后都会加锁和解锁，那解锁后，锁变量可用，消费者线程就有机会进行减一操作了。那不就是和互斥锁一样了吗？
  但实际结果不一样，自旋锁效率高很多，我猜测是生产者线程执行完成，才执行的消费者，只进行了一次线程切换。

• 咚咚呛 回复 提问者 激发态电子 #2

  回复消息不能格式化列出来，我贴到问题回复上。

• 咚咚呛 #3

  1. 加锁解锁的操作是和互斥锁一样的，但是这和锁的实现不冲突。
  2. 加锁和解锁是为了使得别的线程不能进入临界区域，一个线程加锁了，另外一个线程就不能再对其加锁，只能等锁的释放。
  3. 自旋锁会死循环等待，互斥锁会让出CPU。
  4. 至于互斥锁性能比自旋锁性能差的原因，和同学的理解一样，是由于线程切换带来的开销导致的。但是不能片面的认为自旋锁效率一定会比互斥锁高，在一些复杂场景下，互斥锁具有更高的效率。

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Answer 2

提问者 激发态电子 2019-08-20 21:44:27

多谢老师的解答，老师您列举的这几点，我是可以理解的。

主要纠结的点在于下图：

不明白生产者是怎样一直占有资源直到自己的num+1所有循环完成的。

消费者应该有机会抢到资源的使用权的，这样就和互斥锁没区别啦

• 咚咚呛 #1

  你是指你执行的结果是num+=1的循环执行完成了，才执行消费num-=1的操作吗？

• 咚咚呛 #2

  是的，你贴的图的描述没有问题，理论上只要生产者解锁了，消费者就可以获得锁，并拿到资源使用权。这点确实是和互斥锁一致的，只不过spin_lock是会一直占用CPU（死循环检查锁是否可用），直到锁可用，不像互斥锁会让出CPU给操作系统进行别的调度。

• 提问者 激发态电子 回复 咚咚呛 #3

  num + 1执行完，有一个解锁操作，这时候消费者正在自旋等待锁，所以有机会抢到资源，就造成了线程切换，和互斥锁就一样了

Answer 3

咚咚呛 2019-08-20 21:33:29

1. 加锁解锁的操作是和互斥锁一样的，但是这和锁的实现不冲突。

2. 加锁和解锁是为了使得别的线程不能进入临界区域，一个线程加锁了，另外一个线程就不能再对其加锁，只能等锁的释放。

3. 自旋锁会死循环等待，互斥锁会让出CPU。

4. 至于互斥锁性能比自旋锁性能差的原因，和同学的理解一样，是由于线程切换带来的开销导致的。但是不能片面的认为自旋锁效率一定会比互斥锁高，在一些复杂场景下，互斥锁具有更高的效率。