自旋鎖

自旋鎖是計算機科學用於多執行緒同步的一種鎖，執行緒反覆檢查鎖變量是否可用。由於執行緒在這一過程中保持執行，因此是一種忙等待。一旦獲取了自旋鎖，執行緒會一直保持該鎖，直至顯式釋放自旋鎖。

自旋鎖避免了進程上下文的調度開銷，因此對於執行緒只會阻塞很短時間的場合是有效的。因此作業系統的實現在很多地方往往用自旋鎖。Windows作業系統提供的輕型讀寫鎖（SRW Lock）內部就用了自旋鎖。顯然，單核CPU不適於使用自旋鎖，這裡的單核CPU指的是單核單執行緒的CPU，因為，在同一時間只有一個執行緒是處在運行狀態，假設運行執行緒A發現無法獲取鎖，只能等待解鎖，但因為A自身不掛起，所以那個持有鎖的執行緒B沒有辦法進入運行狀態，只能等到作業系統分給A的時間片用完，才能有機會被調度。這種情況下使用自旋鎖的代價很高。

獲取、釋放自旋鎖，實際上是讀寫自旋鎖的存儲內存或暫存器。因此這種讀寫操作必須是原子的。通常用test-and-set等原子操作來實現。

Windows內核API

• KeInitializeSpinLock //初始化自旋鎖
• KeAcquireSpinLock //獲取自旋鎖
• KeReleaseSpinLock //釋放自旋鎖

例子

彙編語言寫的代碼，運行於Intel 80386兼容處理器。

; Intel syntax

locked:                      ; The lock variable. 1 = locked, 0 = unlocked.
     dd      0

spin_lock:
     mov     eax, 1          ; Set the EAX register to 1.

     xchg    eax, [locked]   ; Atomically swap the EAX register with
                             ;  the lock variable.
                             ; This will always store 1 to the lock, leaving
                             ;  the previous value in the EAX register.

     test    eax, eax        ; Test EAX with itself. Among other things, this will
                             ;  set the processor's Zero Flag if EAX is 0.
                             ; If EAX is 0, then the lock was unlocked and
                             ;  we just locked it.
                             ; Otherwise, EAX is 1 and we didn't acquire the lock.

     jnz     spin_lock       ; Jump back to the MOV instruction if the Zero Flag is
                             ;  not set; the lock was previously locked, and so
                             ; we need to spin until it becomes unlocked.

     ret                     ; The lock has been acquired, return to the calling
                             ;  function.

spin_unlock:
     mov     eax, 0          ; Set the EAX register to 0.

     xchg    eax, [locked]   ; Atomically swap the EAX register with
                             ;  the lock variable.

     ret                     ; The lock has been released.

參見

• 忙碌等待
• 死鎖
• 順序鎖
• 排號自旋鎖

外部連結

• pthread_spin_lock documentation （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） from The Open Group Base Specifications Issue 6, IEEE Std 1003.1, 2004 Edition
• Variety of spinlock Implementations （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） from Concurrency Kit
• Article "User-Level Spin Locks - Threads, Processes & IPC" by Gert Boddaert
• Paper "The Performance of Spin Lock Alternatives for Shared-Memory Multiprocessors （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）" by Thomas E. Anderson
• Paper "Algorithms for Scalable Synchronization on Shared-Memory Multiprocessors" by John M. Mellor-Crummey and Michael L. Scott. This paper received the 2006 Dijkstra Prize in Distributed Computing （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
• Spin-Wait Lock （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） by Jeffrey Richter
• Austria C++ SpinLock Class Reference （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Interlocked Variable Access(Windows) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Operating Systems: Three Easy Pieces (Chapter: Locks) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）