ticket lock
clh lock
mcs lock
總結前一篇文章講的是帶鎖的併發資料結構，而且講到了如果不帶鎖將會面臨什麼樣的問題。這一部分我將為大家帶來乙個全新的資料結構-自旋鎖。這是一種不使用阻塞庫的資料結構，我們將不使用阻塞庫的結構稱為非阻塞，但是不是所有的非阻塞資料結構都是無鎖的。
比如最常見的在多執行緒裡面的thread庫基本上都是阻塞函式。
自旋鎖（spinlock）：是指當乙個執行緒在獲取鎖的時候，如果鎖已經被其它執行緒獲取，那麼該執行緒將迴圈等待，然後不斷的判斷鎖是否能夠被成功獲取，直到獲取到鎖才會退出迴圈。
class
spinlock
void
lock()
void
unlock()
};spinlock sp;
void
fun_1()
void
fun_2()
intmain()
atomic實現了互斥鎖的功能，雖然沒有呼叫任何阻塞函式但是依然不是無鎖資料結構。
所有的**圍繞著迴圈「旋轉」，這也是自旋鎖的由來。而且這樣也會像使用阻塞函式一樣，占用記憶體資源。
缺點如果某個執行緒持有鎖的時間過長，就會導致其它等待獲取鎖的執行緒進入迴圈等待，消耗cpu。使用不當會造成cpu使用率極高。
上面c++實現的自旋鎖不是公平的，即無法滿足等待時間最長的執行緒優先獲取鎖。不公平的鎖就會存在「執行緒飢餓」問題。
優點自旋鎖不會使執行緒狀態發生切換，一直處於使用者態，即執行緒一直都是active的；不會使執行緒進入阻塞狀態，減少了不必要的上下文切換，執行速度快。
非自旋鎖在獲取不到鎖的時候會進入阻塞狀態，從而進入核心態，當獲取到鎖的時候需要從核心態恢復，需要執行緒上下文切換。 （執行緒被阻塞後便進入核心（linux）排程狀態，這個會導致系統在使用者態與核心態之間來回切換，嚴重影響鎖的效能）。
這個例子在前一篇文章中有所體現，**見下，就是在喚醒執行緒時，由於時間原因導致最終喚醒失敗。
mutex mut;
condition_variable cond;
void
fun_3()
}void
fun_4()
}
基於自旋鎖的各種優缺點，可以得出自旋鎖適合於對於鎖的競爭不激烈，且占用鎖時間非常短的**塊來說效能能大幅度的提公升，因為自旋的消耗會小於執行緒阻塞掛起再喚醒的操作的消耗，這些操作會導致執行緒發生兩次上下文切換！
如果鎖競爭激烈或者需要長時間占用鎖，這種情況就不適合自旋鎖，因為自旋鎖會一直占用cpu做無用功。
但是簡單的自旋鎖無法保證多執行緒競爭的公平性，即誰最先將flag設定為true誰就最先獲得鎖，這會導致執行緒飢餓！所以需要對自旋鎖進行改進，避免出現執行緒飢餓現象。
為了提供公平，有人發明了ticket lock
執行緒想要競爭某個鎖，需要先領一張ticket，然後監聽flag，發現flag被更新為手上的ticket的值了，才能去占領鎖
就像是在醫院看病一樣，醫生就是臨界區，病人就是執行緒，病人掛了號領一張單子，單子上寫了乙個獨一無二的號碼，病人等的時候就看螢幕，螢幕上顯示到自己的號碼了，才能進去找醫生。
atomicinteger ticket =
newatomicinteger(0
);volatile
int flag =0;
void
lock()
}void
unlock()
為了減少快取一致性帶來的開銷，clh lock被發明了。clh鎖的核心思想是，1. 競爭執行緒排隊 2. 監聽變數拆分
clh 是一種基於鍊錶的可擴充套件，高效能，公平的自旋鎖，申請執行緒只能在本地變數上自旋，它會不斷輪詢前驅的狀態，如果發現前驅釋放了鎖就結束自旋。
public
class
clhlock
// 尾部節點
private
volatile clhnode tail;
private
static final threadlocal local =
new threadlocal<
>()
;private
static final atomicreferencefieldupdater updater =
atomicreferencefieldupdater.
newupdater
(clhlock.
class
,clhnode.
class
,"tail");
public
void
lock()
prenode = null;
local.
set(node);}
// 如果不存在前驅節點，表示該鎖沒有被其他執行緒占用，則當前執行緒獲得鎖
}public
void
unlock()
node = null;
}}
clh鎖並不是完美的，因為每個執行緒都是在前驅節點的locked欄位上自旋，而在numa體系中，有可能多個執行緒工作在多個不同的socket上的core裡。如果前驅節點的記憶體跟監聽執行緒的core距離過遠，會有效能問題。
mcs spinlock 是一種基於鍊錶的可擴充套件、高效能、公平的自旋鎖，申請執行緒只在本地變數上自旋，直接前驅負責通知其結束自旋，從而極大地減少了不必要的處理器快取同步的次數，降低了匯流排和記憶體的開銷。
mcs與clh最大的不同在於：clh是在前驅節點的locked域上自旋，mcs是在自己節點上的locked域上自旋。
具體的實現是，前驅節點在釋放鎖之後，會主動將後繼節點的locked域更新。
也就是把多次對遠端記憶體的監聽 + 一次對本地記憶體的更新，簡化成了多次對本地記憶體的監聽 + 一次對遠端記憶體的更新。
public
class
mcslock
public node lock()
if(null == oldtail)
oldtail.
setnext
(node)
;while
(node.
islocked()
)return node;
}public
void
unlock
(node node)
while
(node.
getnext()
!= null)
} node.
getnext()
.setlocked
(false);
}static
class
node
volatile boolean locked;
node next;
//後繼節點
public boolean islocked()
public
void
setlocked
(boolean locked)
public node getnext()
public
void
setnext
(node next)
}
自旋鎖等待期間，執行緒的狀態不會改變，執行緒一直是使用者態並且是活動的(active)。
自旋鎖如果持有鎖的時間太長，則會導致其它等待獲取鎖的執行緒耗盡cpu。
自旋鎖本身無法保證公平性，同時也無法保證可重入性。
那麼為了保證公平性又引出了ticketlock ，ticketlock 是採用排隊叫號的機制來實現的一種公平鎖，但是它每次讀寫操作都必須在多個處理器快取之間進行快取同步，這會導致繁重的系統匯流排和記憶體的流量，大大降低系統整體的效能。
所以我們又引出了clhlock和mcslock，clhlock和mcslock通過鍊錶的方式避免了減少了處理器快取同步，極大的提高了效能，區別在於clhlock是通過輪詢其前驅節點的狀態，而mcs則是檢視當前節點的鎖狀態。
linux多執行緒之自旋鎖
基本概念 何謂自旋鎖？它是為實現保護共享資源而提出一種鎖機制。其實，自旋鎖與互斥鎖比較類似，它們都是為了解決對某項資源的互斥使用。無論是互斥鎖，還是自旋鎖，在任何時刻，最多只能有乙個保持者，也就說，在任何時刻最多只能有乙個執行單元獲得鎖。但是兩者在排程機制上略有不同。對於互斥鎖，如果資源已經被占用，...
C 多執行緒之旅 3
閱讀目錄 一 介紹 二 通過tpl進入執行緒池 三 不用tpl進入到執行緒池 v部落格前言 先交代下背景，寫 c 多執行緒之旅 這個系列文章主要是因為以下幾個原因 1.多執行緒在c s和b s架構中用得是非常多的 2.而且多執行緒的使用是非常複雜的，如果沒有用好，容易造成很多問題。v寫在前面 多執行...
多執行緒的那點兒事（之讀寫鎖）
在編寫多執行緒的時候，有一種情況是十分常見的。那就是，有些公共資料修改的機會比較少。相比較改寫，它們讀的機會反而高的多。通常而言，在讀的過程中，往往伴隨著查詢的操作，中間耗時很長。給這種 段加鎖，會極大地降低我們程式的效率。那麼有沒有一種方法，可以專門處理這種多讀少寫的情況呢？有，那就是讀寫鎖。1 ...