阿里面试:自旋锁是什么?谈谈底层实现原理?

大家好，我是mikechen。

大厂经常会自旋锁相关的问题，比如：什么是自旋锁？如何实现自旋锁？底层原理？下面全面详解自旋锁@mikechen

自旋锁

自旋锁：是一种轻量级锁，线程在获取不到锁时不会阻塞，而是通过不断循环检查锁状态（自旋），直到成功获取锁。

线程在等待锁释放期间，不会放弃CPU执行权，而是不断地循环检查锁的状态。

适用于：短时间持有锁的场景，以减少线程上下文切换的开销。

自旋锁实现原理

自旋锁的核心思想是：让线程在等待锁的过程中“忙等待”，即不断地循环检查锁的状态，而不是立即进入阻塞状态。

自旋锁实现，可以基于 CAS（Compare-And-Swap） 和 CPU 指令级原子操作，通过不断轮询锁状态来尝试获取锁，而不进入阻塞。

CAS 是一种无锁同步机制，可以在多线程环境下保证变量的安全更新。

CAS（Compare-and-Swap，比较并交换）是一种原子操作，它在多线程并发环境中用于实现线程同步。

boolean compareAndSwap(int *V, int E, int N) {    if (*V == E) { // 如果当前值等于期望值        *V = N;    // 则更新为新值        return true; // 返回成功    }     return false; // 否则更新失败}

CAS 操作包含三个值：

V（当前值）；

E（期望值）；

N（新值）；

只有当 V == E 时，才会将 V 更新为 N，否则更新失败，并重新尝试（自旋）。

CAS操作的核心思想是：

比较：

将内存中的一个值与预期值进行比较。

交换：

如果内存中的值与预期值相等，则将内存中的值更新为新的值。

如果内存中的值与预期值不相等，则不进行任何操作。

如下所示：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference; public class SpinLock {    private AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();     public void lock() {        Thread currentThread = Thread.currentThread();        while (!owner.compareAndSet(null, currentThread)) {            // 自旋等待        }    }     public void unlock() {        Thread currentThread = Thread.currentThread();        owner.compareAndSet(currentThread, null);    }}

首先，尝试获取锁。

如果锁未被占用，则当前线程成功获取锁。

如果锁已被其他线程占用，进入自旋（不断尝试）。

其次，自旋等待。

线程不断尝试获取锁，而不会进入阻塞状态（即不会触发线程切换）。

如果锁很快释放，线程可以立即获取到锁，避免线程上下文切换的开销。

然后，释放锁。

任务完成后，线程使用 CAS 操作 释放锁，使其他线程可以获取锁。

自旋锁某些情况下效率很高，对于锁持有时间短的场景，自旋锁可以显著提高性能，因为它避免了线程阻塞、和唤醒的开销。

但是，如果锁的持有时间过长，自旋会导致线程长时间占用CPU，造成资源浪费。

作者：mikechen

来源：mikechen.cc