背景
SMP(Symmetric Multi-Processor)
对称多处理器结构，它是相对非对称多处理技术而言的、应用十分广泛的并行技术。
- 在这种架构中，一台计算机由多个CPU组成，并共享内存和其他资源，所有的CPU都可以平等地访问内存、I/O和外部中断。
- 虽然同时使用多个CPU，但是从管理的角度来看，它们的表现就像一台单机一样。
- 操作系统将任务队列对称地分布于多个CPU之上，从而极大地提高了整个系统的数据处理能力。
- 但是随着CPU数量的增加，每个CPU都要访问相同的内存资源，共享资源可能会成为系统瓶颈，导致CPU资源浪费。
NUMA(Non-Uniform Memory Access)
非一致存储访问，将CPU分为CPU模块，每个CPU模块由多个CPU组成，并且具有独立的本地内存、I/O槽口等，模块之间可以通过互联模块相互访问。
- 访问本地内存（本CPU模块的内存）的速度将远远高于访问远程内存(其他CPU模块的内存)的速度，这也是非一致存储访问的由来。
- NUMA较好地解决SMP的扩展问题，当CPU数量增加时，因为访问远地内存的延时远远超过本地内存，系统性能无法线性增加。
CLH锁
CLH是一种基于单向链表的高性能、公平的自旋锁。申请加锁的线程通过前驱节点的变量进行自旋。在前置节点解锁后，当前节点会结束自旋，并进行加锁。
- 在SMP架构下，CLH更具有优势。
- 在NUMA架构下，如果当前节点与前驱节点不在同一CPU模块下，跨CPU模块会带来额外的系统开销，而MCS锁更适用于NUMA架构。
加锁逻辑
- 获取当前线程的锁节点，如果为空，则进行初始化；
- 同步方法获取链表的尾节点，并将当前节点置为尾节点，此时原来的尾节点为当前节点的前置节点。
- 如果尾节点为空，表示当前节点是第一个节点，直接加锁成功。
- 如果尾节点不为空，则基于前置节点的锁值（locked==true）进行自旋，直到前置节点的锁值变为false。
解锁逻辑
- 获取当前线程对应的锁节点，如果节点为空或者锁值为false，则无需解锁，直接返回；
- 同步方法为尾节点赋空值，赋值不成功表示当前节点不是尾节点，则需要将当前节点的locked=false解锁节点。如果当前节点是尾节点，则无需为该节点设置。
public class CLHLock {
private final AtomicReference<Node> tail;
private final ThreadLocal<Node> myNode;
private final ThreadLocal<Node> myPred;
public CLHLock() {
tail = new AtomicReference<>(new Node());
myNode = ThreadLocal.withInitial(() -> new Node());
myPred = ThreadLocal.withInitial(() -> null);
}
public void lock(){
Node node = myNode.get();
node.locked = true;
Node pred = tail.getAndSet(node);
myPred.set(pred);
while (pred.locked){}
}
public void unLock(){
Node node = myNode.get();
node.locked=false;
myNode.set(myPred.get());
}
static class Node {
volatile boolean locked = false;
}
}
复制代码MCS锁
MSC与CLH最大的不同并不是链表是显示还是隐式，而是线程自旋的规则不同:CLH是在前 趋结点的locked域上自旋等待，而MCS是在自己的结点的locked域上自旋等待。正因为如此，它解决了CLH在NUMA系统架构中获取locked域状态内存过远的问题。
MCS锁具体实现规则：
- a. 队列初始化时没有结点，tail=null
- b. 线程A想要获取锁，将自己置于队尾，由于它是第一个结点，它的locked域为false
- c. 线程B和C相继加入队列，a->next=b,b->next=c，B和C没有获取锁，处于等待状态，所以locked域为true，尾指针指向线程C对应的结点
- d. 线程A释放锁后，顺着它的next指针找到了线程B，并把B的locked域设置为false，这一动作会触发线程B获取锁。
public class MCSLock {
private final AtomicReference<Node> tail;
private final ThreadLocal<Node> myNode;
public MCSLock() {
tail = new AtomicReference<>();
myNode = ThreadLocal.withInitial(() -> new Node());
}
public void lock() {
Node node = myNode.get();
Node pred = tail.getAndSet(node);
if (pred != null) {
node.locked = true;
pred.next = node;
while (node.locked) {
}
}
}
public void unLock() {
Node node = myNode.get();
if (node.next == null) {
if (tail.compareAndSet(node, null)) {
return;
}
while (node.next == null) {
}
}
node.next.locked = false;
node.next = null;
}
class Node {
volatile boolean locked = false;
Node next = null;
}
public static void main(String[] args) {
MCSLock lock = new MCSLock();
Runnable task = new Runnable() {
private int a;
@Override
public void run() {
lock.lock();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
a++;
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println(a);
lock.unLock();
}
};
new Thread(task).start();
new Thread(task).start();
new Thread(task).start();
new Thread(task).start();
}
}
作者：李浩宇Alex
链接：
https://juejin.cn/post/6998747583623462949