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什么是自旋

“自旋”可以理解为“自我旋转”，这里的“旋转”指“循环”，比如 while 循环或者 for 循环。“自旋”就是自己在这里不停地循环，直到目标达成。而不像普通的锁那样，如果获取不到锁就进入阻塞

自旋和非自旋的获取锁的流程

自旋锁，它并不会放弃 CPU 时间片，而是通过自旋等待锁的释放，也就是说，它会不停地再次地尝试获取锁，如果失败就再次尝试，直到成功为止

非自旋锁，非自旋锁和自旋锁是完全不一样的，如果它发现此时获取不到锁，它就把自己的线程切换状态，让线程休眠，然后 CPU 就可以在这段时间去做很多其他的事情，直到之前持有这把锁的线程释放了锁，于是 CPU 再把之前的线程恢复回来，让这个线程再去尝试获取这把锁。如果再次失败，就再次让线程休眠，如果成功，一样可以成功获取到同步资源的锁

非自旋锁和自旋锁最大的区别，就是如果它遇到拿不到锁的情况，它会把线程阻塞，直到被唤醒。而自旋锁会不停地尝试

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自旋锁的好处

阻塞和唤醒线程都是需要高昂的开销的，如果同步代码块中的内容不复杂，那么可能转换线程带来的开销比实际业务代码执行的开销还要大
在很多场景下，可能我们的同步代码块的内容并不多，所以需要的执行时间也很短，如果我们仅仅为了这点时间就去切换线程状态，那么其实不如让线程不切换状态，而是让它自旋地尝试获取锁，等待其他线程释放锁，有时我只需要稍等一下，就可以避免上下文切换等开销，提高了效率

自旋锁的好处，那就是自旋锁用循环去不停地尝试获取锁，让线程始终处于 Runnable 状态，节省了线程状态切换带来的开销

AtomicLong 的实现

在 Java 1.5 版本及以上的并发包中，也就是 java.util.concurrent 的包中，里面的原子类基本都是自旋锁的实现

看一个 AtomicLong 的实现，里面有一个 getAndIncrement 方法，源码如下

public final long getAndIncrement() {return unsafe.getAndAddLong(this, valueOffset, 1L);
}

可以看到它调用了一个 unsafe.getAndAddLong，所以我们再来看这个方法

public final long getAndAddLong (Object var1,long var2, long var4){long var6;do {var6 = this.getLongVolatile(var1, var2);} while (!this.compareAndSwapLong(var1, var2, var6, var6 + var4));return var6;
}

在这个方法中，它用了一个 do while 循环。这里就很明显了

do {var6 = this.getLongVolatile(var1, var2);
} 
while (!this.compareAndSwapLong(var1, var2, var6, var6 + var4));

这里的 do-while 循环就是一个自旋操作，如果在修改过程中遇到了其他线程竞争导致没修改成功的情况，就会 while 循环里进行死循环，直到修改成功为止

实现一个可重入的自旋锁示例

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;
import java.util.concurrent.locks.Lock;/*** 描述：实现一个可重入的自旋锁*/
public class ReentrantSpinLock  {private AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();//重入次数private int count = 0;public void lock() {Thread t = Thread.currentThread();if (t == owner.get()) {++count;return;}//自旋获取锁while (!owner.compareAndSet(null, t)) {System.out.println("自旋了");}}public void unlock() {Thread t = Thread.currentThread();//只有持有锁的线程才能解锁if (t == owner.get()) {if (count > 0) {--count;} else {//此处无需CAS操作，因为没有竞争，因为只有线程持有者才能解锁owner.set(null);}}}public static void main(String[] args) {ReentrantSpinLock spinLock = new ReentrantSpinLock();Runnable runnable = new Runnable() {@Overridepublic void run() {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "开始尝试获取自旋锁");spinLock.lock();try {System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "获取到了自旋锁");Thread.sleep(4000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {spinLock.unlock();System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "释放了了自旋锁");}}};Thread thread1 = new Thread(runnable);Thread thread2 = new Thread(runnable);thread1.start();thread2.start();}
}

这段代码的运行结果是

...
自旋了
自旋了
自旋了
自旋了
自旋了
自旋了
自旋了
自旋了
Thread-0释放了了自旋锁
Thread-1获取到了自旋锁

前面会打印出很多“自旋了”，说明自旋期间，CPU依然在不停运转

自旋的缺点

它最大的缺点就在于虽然避免了线程切换的开销，但是它在避免线程切换开销的同时也带来了新的开销，因为它需要不停得去尝试获取锁。如果这把锁一直不能被释放，那么这种尝试只是无用的尝试，会白白浪费处理器资源。也就是说，虽然一开始自旋锁的开销低于线程切换，但是随着时间的增加，这种开销也是水涨船高，后期甚至会超过线程切换的开销，得不偿失

适用场景

自旋锁适用于并发度不是特别高的场景，以及临界区比较短小的情况，这样我们可以利用避免线程切换来提高效率

可是如果临界区很大，线程一旦拿到锁，很久才会释放的话，那就不合适用自旋锁，因为自旋会一直占用 CPU 却无法拿到锁，白白消耗资源