多线程（73）什么时候应该使用自旋锁而不是阻塞锁

在Java中，自旋锁并不是语言内置的一种锁机制，而阻塞锁例如ReentrantLock是Java并发包java.util.concurrent.locks中提供的一种锁机制。但是，可以使用Java中的原子类（如AtomicBoolean）来模拟自旋锁的行为。接下来，我将深入探讨何时使用自旋锁而不是阻塞锁，并通过Java代码示例演示自旋锁的实现。

何时使用自旋锁

1. 锁持有时间极短：当预期锁被持有的时间非常短时，使用自旋锁可以减少线程状态变换（从运行态到阻塞态再到运行态）的开销。
2. 线程切换开销大：在多处理器系统上，如果线程切换的开销大于在CPU上忙等待的开销，自旋锁可能是更优的选择。
3. 避免线程调度延迟：自旋锁可以避免线程调度导致的延迟，对于需要快速响应的系统尤其有用。

Java中模拟自旋锁的实现

在Java中，可以使用AtomicBoolean实现一个简单的自旋锁：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

public class SpinLock {
    private final AtomicBoolean lock = new AtomicBoolean(false);

    // 尝试获取锁
    public void lock() {
        while (!lock.compareAndSet(false, true)) {
            // 自旋等待
        }
    }

    // 释放锁
    public void unlock() {
        lock.set(false);
    }

    public static void main(String[] args) {
        final SpinLock spinLock = new SpinLock();
        
        Runnable task = () -> {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " trying to acquire the lock");
            spinLock.lock();
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " acquired the lock");
                // 模拟工作
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                spinLock.unlock();
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " released the lock");
            }
        };
        
        Thread t1 = new Thread(task);
        Thread t2 = new Thread(task);
        
        t1.start();
        t2.start();
    }
}
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这个简单的自旋锁实现使用了AtomicBoolean的compareAndSet方法尝试设置锁的状态。如果compareAndSet返回false，表示锁被其他线程持有，当前线程将继续自旋等待。一旦获取到锁，即compareAndSet返回true，当前线程将退出自旋，执行临界区代码。

自旋锁 VS 阻塞锁

• 适用场景：自旋锁适用于锁持有时间短且CPU资源不是很紧张的情况。而阻塞锁（如ReentrantLock）适用于锁持有时间长或需要减少CPU使用率的场景。
• 线程状态：使用自旋锁时，线程保持在RUNNABLE状态；而使用阻塞锁时，线程可以进入WAITING或BLOCKED状态，减少了CPU的使用。
• 上下文切换：自旋锁可能会导致较多的CPU消耗，特别是在高并发场景下，因为它会不断循环检查锁的状态而不释放CPU。相比之下，阻塞锁会导致线程上下文切换，但可以使CPU去执行其他任务。

结论

选择自旋锁还是阻塞锁取决于具体的应用场景。在设计和开发并发程序时，理解不同锁机制的特点以及它们在不同场景下的表现至关重要。通过适当选择，可以有效地提高程序的性能和响应能力。