时间：2021-02-15 10:24:02 | 栏目：Golang | 点击：次
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
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
}
自旋锁的其他变种
1. TicketLock
TicketLock主要解决的是公平性的问题。
思路：每当有线程获取锁的时候，就给该线程分配一个递增的id，我们称之为排队号，同时，锁对应一个服务号，每当有线程释放锁，服务号就会递增，此时如果服务号与某个线程排队号一致，那么该线程就获得锁，由于排队号是递增的，所以就保证了最先请求获取锁的线程可以最先获取到锁，就实现了公平性。
可以想象成银行办理业务排队，排队的每一个顾客都代表一个需要请求锁的线程，而银行服务窗口表示锁，每当有窗口服务完成就把自己的服务号加一，此时在排队的所有顾客中，只有自己的排队号与服务号一致的才可以得到服务。
2. CLHLock
CLH锁是一种基于链表的可扩展、高性能、公平的自旋锁，申请线程只在本地变量上自旋，它不断轮询前驱的状态，如果发现前驱释放了锁就结束自旋，获得锁。
3. MCSLock
MCSLock则是对本地变量的节点进行循环。
4. CLHLock 和 MCSLock
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。
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。
自旋锁与互斥锁
总结：