自旋锁 & 非自旋锁

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。

自旋锁 & 非自旋锁的执行流程

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

自旋锁：一直占用 CPU 的时间片去循环获取锁，直到获取到为止。

非自旋锁：当前线程进入阻塞，CPU 可以去干别的事情。等待 CPU 唤醒了，线程才去获取非自旋锁。

自旋锁有啥好处？

阻塞 & 唤醒线程都是需要资源开销的，如果线程要执行的任务并不复杂。这种情况下，切换线程状态带来的开销比线程执行的任务要大。

而很多时候，我们的任务往往比较简单，简单到线程都还没来得及切换状态就执行完毕。这时我们选择自旋锁明显是更加明智的。

所以，自旋锁的好处就是「用循环去不停地尝试获取锁，让线程始终处于 Runnable 状态，节省了线程状态切换带来的开销」。

Java 中的自旋锁

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

自旋锁有啥坏处？

虽然避免了线程切换的开销，但是它在避免线程切换开销的同时也带来了新的开销，因为它需要不停得去尝试获取锁。如果这把锁一直不能被释放，那么这种尝试只是无用的尝试，会白白浪费处理器资源。

虽然刚开始自旋锁的开销大于线程切换。但是随着时间一直递增，总会超过线程切换的开销。

适用场景是啥？

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：

并发不能太高，避免一直自旋不成功

线程执行的同步任务不能太复杂，耗时比较短

面试官：手写一个可重入的自旋锁呗

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 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