锦通 发表于 2024-10-9 18:27:38

互斥锁、原子锁、自旋锁

多线程编程中,锁是一种同步机制,用于控制多个线程对共享资源的访问。互斥锁(Mutex)、原子锁、自旋锁(Spinlock)是常见的锁范例,它们有各自的特点和用途:

[*] 互斥锁(Mutex):

[*]互斥锁是最常用的一种锁,用于保护临界区,确保一次只有一个线程可以访问共享资源。
[*]如果锁已经被其他线程占用,请求锁的线程会被挂起(壅闭),直到锁被释放。
[*]互斥锁通常提供公平或非公平的锁获取策略。公平锁会按照线程请求锁的顺序分配锁,而非公平锁则可能允许线程“插队”。

[*] 原子锁:

[*]原子锁是指操纵的原子性,即操纵不可被中断,要么完全实行,要么完全不实行。
[*]在多线程环境中,原子锁通常用来包管复合操纵(如增加计数器)的原子性。
[*]原子锁的实现通常依靠于底层硬件的原子指令,如比力并交换(CAS)。

[*] 自旋锁(Spinlock):

[*]自旋锁是一种忙等待锁,当一个线程尝试获取一个已经被占用的锁时,它会循环检查锁的状态,直到锁变为可用。
[*]自旋锁不会使线程进入睡眠状态,因此它实用于锁持有时间非常短的情况。
[*]由于自旋锁在等待时会占用CPU资源,如果锁的持有时间较长,会导致CPU资源的浪费。

以下是它们之间的一些区别:


[*] 壅闭 vs 忙等待:

[*]互斥锁通常会导致线程壅闭,直到锁可用时才叫醒线程。
[*]自旋锁让线程忙等待,即不断检查锁的状态,直到锁可用。

[*] 实用场景:

[*]互斥锁得当锁持有时间较长的情况,由于它允许线程在等待时释放CPU资源。
[*]自旋锁得当锁持有时间非常短的情况,由于它制止了线程上下文切换的开销。

[*] 性能影响:

[*]互斥锁可能会引起线程调度和上下文切换,但不会浪费CPU时间。
[*]自旋锁制止了线程调度的开销,但可能会增加CPU的使用率。

[*] 公平性:

[*]互斥锁可以提供公平锁策略,确保线程按照请求锁的顺序得到锁。
[*]自旋锁通常不包管公平性。

[*] 锁的粒度:

[*]原子锁通常用于非常细粒度的操纵,如对单个变量的访问。

[*] 硬件支持:

[*]原子操纵通常依靠于硬件支持的原子指令,如CAS。

在选择锁的范例时,需要根据详细的应用场景和性能要求来决定使用哪种锁。在某些情况下,可能会团结使用多种锁,例如,使用互斥锁保护共享资源,同时使用原子锁包管某些操纵的原子性。

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