自旋锁是免费的吗？

Question

我对这两个概念有点困惑。

wiki 上无锁的定义：

如果有保证，非阻塞算法是无锁的 全系统进展

非阻塞的定义：

如果任何算法失败或暂停，则该算法称为非阻塞算法 线程不能导致另一个线程失败或挂起

我认为自旋锁是无锁的，或者至少是非阻塞的。但现在我不确定。因为根据定义，"spinlock is not lock-free" 对我来说也很有意义。就像，如果持有自旋锁的线程被挂起，那么它将导致其他在外面旋转的线程挂起。所以，根据定义，spinlock 甚至不是非阻塞的，更不用说无锁了。

我现在很困惑。谁能解释清楚？

Answer 1

任何可以称为锁的东西（从临界区中排除其他线程，直到当前线程解锁）根据定义都不是无锁的。是的，自旋锁是一种锁。

如果一个线程在持有锁时休眠，则没有其他线程可以获取它并继续前进，而自旋锁无法阻止这种情况。操作系统可以随时取消调度线程，即使它位于关键部分的中间。

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请注意，“无锁”与“无等待”不同，因此无锁算法仍然可以有 cmpxchg 重试循环之类的东西，但只要一个线程每次都成功，它就是锁免费。

无需等待的算法甚至无法做到这一点，最多只能等待缓存未命中/竞争原子操作的硬件仲裁。维基百科的non-blocking algorithm article 更详细地定义了无等待和无锁。

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我认为您混淆了“阻塞”的两个定义。

我认为您在谈论一个spin_trylock 函数，该函数尝试获取自旋锁，如果失败而不是自旋，则返回错误。因此，这与非阻塞 I/O 具有相同意义的非阻塞：因错误而失败，而不是等待资源可用性。

这并不意味着系统中的任何线程都在在受自旋锁保护的事情上取得进展。这只是意味着您的线程可以去做其他事情在重试之前，而不是需要使用单独的线程来并行执行某些操作以等待获取锁。

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在无限循环中旋转算作阻塞/不进行。对于此定义，纯自旋锁与（在操作系统协助下）休眠直到另一个线程解锁的自旋锁之间没有区别。

无锁的定义与浪费 CPU 时间/功率来为独立工作腾出空间无关。

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有点相关：获取非竞争自旋锁不需要系统调用，这意味着它是“轻量级”锁。即使在无竞争的情况下，某些锁实现也总是使用（相对较慢的）系统调用。请参阅Jeff Preshing's Always Use a Lightweight Mutex 文章。另请阅读 Jeff 的其他帖子以了解有关无锁编程的更多信息，因为它们非常出色。事实上，[lock-free] 标签 wiki 链接到它们非常好。