Java自旋锁

自旋锁的由来

       计算机系统资源总是有限的，有些资源需要互斥访问，因此就有了锁机制，只有获得锁的线程才能访问资源。锁保证了每次只有一个线程可以访问资源。当线程申请一个已经被其他线程占用的锁，就会出现两种情况。一种是没有获得锁的线程会阻塞自己，等到锁被释放后再被唤起，这就是互斥锁；另一种是没有获得锁的线程一直循环在那里看是否该锁的保持者已经释放了锁，这就是自旋锁。

自旋锁的优缺点

       首先来对比一下互斥锁和自旋锁。   

互斥锁：从等待到解锁过程，线程会从sleep状态变为running状态，过程中有线程上下文的切换，抢占CPU等开销。

自旋锁：从等待到解锁过程，线程一直处于running状态，没有上下文的切换。

       自旋锁不会引起调用者休眠，如果自旋锁已经被别的线程保持，调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者释放了锁。由于自旋锁不会引起调用者休眠，所以自旋锁的效率远高于互斥锁。

       虽然自旋锁效率比互斥锁高，但它会存在下面两个问题：

1、自旋锁一直占用CPU，在未获得锁的情况下，一直运行，如果不能在很短的时间内获得锁，会导致CPU效率降低。
2、试图递归地获得自旋锁会引起死锁。递归程序决不能在持有自旋锁时调用它自己，也决不能在递归调用时试图获得相同的自旋锁。

       由此可见，我们要慎重的使用自旋锁，自旋锁适合于锁使用者保持锁时间比较短并且锁竞争不激烈的情况。正是由于自旋锁使用者一般保持锁时间非常短，因此选择自旋而不是睡眠是非常必要的，自旋锁的效率远高于互斥锁。

Java中自旋锁实现

public class SpinLock {  private AtomicReference<Thread> sign =new AtomicReference<>();  public void lock(){    Thread current = Thread.currentThread();    while(!sign.compareAndSet(null, current)){    }  }  public void unlock (){    Thread current = Thread.currentThread();    sign.compareAndSet(current, null);  }}

       上述代码使用了CAS原子操作，调用了AtomicReference类的compareAndSet方法。

调用lock方法时，如果sign当前值为null，说明自旋锁还没有被占用，将sign设置为currentThread，并进行锁定。

调用lock方法时，如果sign当前值不为null，说明自旋锁已经被其他线程占用，当前线程就会在while中继续循环检测。

调用unlock方法时，会将sign置为空，相当于释放自旋锁。

总结

       由于自旋锁只是在当前线程不停地执行循环体，不进行线程状态的切换，因此响应速度更快。但当线程数不停增加时，性能下降明显，因为每个线程都需要占用CPU时间。如果线程竞争不激烈，并且保持锁的时间很短，则适合使用自旋锁。