自旋锁之MCS Lock

阅读数:0次 2021-05-19

字数统计: 785字 | 阅读时长≈ 3分

作者：MCS：John Mellor-Crummey and Michael Scott。锁的名称都来源于发明人的名字首字母

MCS Spinlock是一种基于显式链表（节点里面拥有next指针）的可扩展、高性能、公平的自旋锁，申请线程只在本地变量上自旋，由直接前驱负责通知其结束自旋（与CLH自旋锁不同的地方，不在轮询前驱的状态，而是由前驱主动通知），从而极大地减少了不必要的处理器缓存同步的次数，降低了总线和内存的开销。而MCS是在自己的结点的locked域上自旋等待。正因为如此，它解决了CLH在NUMA系统架构中获取locked域状态内存过远的问题。

java实现

CLH队列中的节点QNode中含有一个locked字段，该字段若为true表示该线程需要获取锁，且不释放锁，为false表示线程释放了锁。

定义Node类

public class QNode {

    /**
     * 后继节点
     */
    volatile QNode next;
    volatile boolean locked;
}

定义Lock接口

public interface Lock {
    void lock();
    void unlock();
}

定义CLHLock

public class MCSLock implements Lock {

    /**
     * 指向最后加入的线程
     */
    final AtomicReference<QNode> tail = new AtomicReference<>(null);

    ThreadLocal<QNode> current;

    public MCSLock() {
        //初始化当前节点的node
        current = ThreadLocal.withInitial(QNode::new);
    }


    @Override
    public void lock() {
        //获取当前线程的Node
        QNode node = current.get();
        //获取前驱节点
        QNode preNode = tail.getAndSet(node);
        //如果前驱节点不为null，说明有线程已经占用
        if (preNode != null) {
            //设置当前节点为需要占用状态；
            node.locked = true;
            //把前面节点的next指向自己
            preNode.next = node;
            //在自己的节点上自旋等待前驱通知
            while (node.locked) {
            }
        }
    }


    @Override
    public void unlock() {
        //获取自己的节点
        QNode node = current.get();
        //
        if (node.next == null) {
            //判断是不是自身是不是最后一个线程
            if (tail.compareAndSet(node, null)) {
                //是的话就结束
                return;
            }

            //在判断过程中，又有线程进来
            while (node.next == null) {
            }

        }
        //本身解锁，通知它的后继节点可以工作了，不用再自旋了
        node.next.locked = false;
        // for gc
        node.next = null;
    }
}

CLH与MCS比较

CLH 对比 MCS

（1）都是基于链表，不同的是CLHLock是基于隐式链表，没有真正的后续节点属性，MCSLock是显示链表，有一个指向后续节点的属性。

（2）、将获取锁的线程状态借助节点(node)保存,每个线程都有一份独立的节点，这样就解决了TicketLock多处理器缓存同步的问题。

（3）从自旋的条件来看，CLH是在前驱节点的属性上自旋，而MCS是在本地属性变量上自旋。

（4）从链表队列来看，CLH的队列是隐式的，CLHNode并不实际持有下一个节点；MCS的队列是物理存在的。

（5）CLH锁释放时只需要改变自己的属性，MCS锁释放则需要改变后继节点的属性。

（6）CLH适合CPU个数不多的计算机硬件架构上，MCS则适合拥有很多CPU的硬件架构上

（7）CLH和MCS实现的自旋锁都是不可重入的

本文作者： 初心
本文链接： http://funzzz.fun/2021/05/19/MCSLock/
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