CAS算法(compare and swap)
CAS算法是一种有名的无锁算法。无锁编程,即不使用锁的情况下实现多线程之间的变量同步,也就是在没有线程被阻塞的情况下实现变量的同步,所以也叫非阻塞同步(Non-blocking Synchronization)。CAS算法涉及到三个操作数
需要读写的内存值V 进行比较的值A 拟写入的新值B当且仅当 V 的值等于 A时,CAS通过原子方式用新值B来更新V的值,否则不会执行任何操作(比较和替换是一个原子操作)。一般情况下是一个自旋操作,即不断的重试。
自旋锁
自旋锁是指当一个线程在获取锁的时候,如果锁已经被其他线程获取,那么该线程将循环等待,然后不断地判断是否能够被成功获取,知直到获取到锁才会退出循环。
获取锁的线程一直处于活跃状态,但是并没有执行任何有效的任务,使用这种锁会造成 busy-waiting 。
它是为实现保护共享资源而提出的一种锁机制。其实,自旋锁与互斥锁比较类似,它们都是为了解决某项资源的互斥使用。无论是互斥锁,还是自旋锁,在任何时刻,最多只能由一个保持者,也就说,在任何时刻最多只能有一个执行单元获得锁。但是两者在调度机制上略有不同。对于互斥锁,如果资源已经被占用,资源申请者只能进入睡眠状态。但是自旋锁不会引起调用者睡眠,如果自旋锁已经被别的执行单元保持,调用者就一直循环在那里看是否该自旋锁的保持者已经释放了锁,“自旋”一词就是因此而得名。
golang实现自旋锁
type spinLock uint32
func (sl *spinLock) Lock() {
for !atomic.CompareAndSwapUint32((*uint32)(sl), 0, 1) {
runtime.Gosched()
}
}
func (sl *spinLock) Unlock() {
atomic.StoreUint32((*uint32)(sl), 0)
}
func NewSpinLock() sync.Locker {
var lock spinLock
return &lock
}
可重入的自旋锁和不可重入的自旋锁
文章开始的时候的那段代码,仔细分析一下就可以看出,它是不支持重入的,即当一个线程第一次已经获取到了该锁,在锁释放之前又一次重新获取该锁,第二次就不能成功获取到。由于不满足CAS,所以第二次获取会进入while循环等待,而如果是可重入锁,第二次也是应该能够成功获取到的。
而且,即使第二次能够成功获取,那么当第一次释放锁的时候,第二次获取到的锁也会被释放,而这是不合理的。
为了实现可重入锁,我们需要引入一个计数器,用来记录获取锁的线程数
type spinLock struct {
owner int
count int
}
func (sl *spinLock) Lock() {
me := GetGoroutineId()
if spinLock .owner == me { // 如果当前线程已经获取到了锁,线程数增加一,然后返回
sl.count++
return
}
// 如果没获取到锁,则通过CAS自旋
for !atomic.CompareAndSwapUint32((*uint32)(sl), 0, 1) {
runtime.Gosched()
}
}
func (sl *spinLock) Unlock() {
if rl.owner != GetGoroutineId() {
panic("illegalMonitorStateError")
}
if sl.count >0 { // 如果大于0,表示当前线程多次获取了该锁,释放锁通过count减一来模拟
sl.count--
}else { // 如果count==0,可以将锁释放,这样就能保证获取锁的次数与释放锁的次数是一致的了。
atomic.StoreUint32((*uint32)(sl), 0)
}
}
func GetGoroutineId() int {
defer func() {
if err := recover(); err != nil {
fmt.Println("panic recover:panic info:%v", err) }
}()
var buf [64]byte
n := runtime.Stack(buf[:], false)
idField := strings.Fields(strings.TrimPrefix(string(buf[:n]), "goroutine "))[0]
id, err := strconv.Atoi(idField)
if err != nil {
panic(fmt.Sprintf("cannot get goroutine id: %v", err))
}
return id
}
func NewSpinLock() sync.Locker {
var lock spinLock
return &lock
}









