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如何使用AtomicReference实现自旋锁_在某些特定场景下优于synchronized

P粉602998670

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发布时间:2026-02-20 16:27:12

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来源于php中文网

原创

atomicreference通过compareandset循环将null置为当前线程实现acquire,释放时校验并设回null;需用while重试、thread.onspinwait优化、volatile语义保障及避免可重入等缺陷。

如何使用atomicreference实现自旋锁_在某些特定场景下优于synchronized

AtomicReference 怎么模拟自旋锁的 acquire 和 release

核心是用 compareAndSet 循环尝试更新状态:把“未加锁”(比如 null0)换成当前线程标识,成功即获得锁;释放时直接设回空值。它不挂起线程,失败就重试,所以叫“自旋”。

  • 典型状态变量用 AtomicReference<thread></thread>,初始值为 nullacquire() 里循环调用 compareAndSet(null, Thread.currentThread())
  • 必须用 while (!tryAcquire()) { Thread.onSpinWait(); } 而不是 if,否则一次失败就退出,根本没锁住
  • release() 必须校验当前线程是否持锁(get() == Thread.currentThread()),避免误释放 —— 这点 synchronized 自动保证,手写必须自己兜底
  • Thread.onSpinWait() 不是必需但强烈建议加上,它提示 CPU 当前在自旋,能降低功耗、提升后续 CAS 成功率

为什么在低竞争 + 短临界区场景下比 synchronized 快

因为省掉了操作系统线程调度开销:synchronized 在竞争激烈时会把线程挂起进 WaitSet,唤醒涉及用户态/内核态切换;而自旋锁全程在用户态跑,只要临界区执行快、重试次数少,总延迟更低。

  • 适用场景很窄:临界区最好在 100 纳秒级(比如简单计数器更新、flag 设置),且平均重试不超过 2–3 次
  • 一旦出现中高竞争(比如 3+ 线程抢同一把锁),自旋会白占 CPU,synchronized 的阻塞反而更省资源
  • JVM 对 synchronized 有锁升级优化(偏向→轻量→重量),但在明确知道无竞争时,手写自旋锁仍可略胜一筹

容易被忽略的内存语义和 volatile 问题

AtomicReference 的读写天然具备 volatile 语义,但仅限它自己封装的字段。如果你在临界区内操作了其他普通变量,JVM 可能重排序,导致其他线程看到不一致状态。

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  • 必须确保所有共享状态的读写都发生在锁保护内 —— 不是“加了锁就安全”,而是“锁只保它自己,别的变量你得自己管”
  • 别依赖 AtomicReferenceget() 去读业务数据:它只保证引用本身可见,不保证引用对象内部字段的可见性(除非对象本身是不可变的,或字段也声明为 volatile
  • 如果临界区要修改一个 int count,别把它声明为普通字段;要么用 AtomicInteger,要么确保每次读写都通过同一个锁同步

别直接用在生产环境的三个硬伤

它没有可重入性、不可中断、不支持条件队列 —— 这三点让它的适用面远小于 synchronizedReentrantLock

  • 同一线程重复 acquire() 会死锁,因为第二次 compareAndSet 会拿 Thread.currentThread() 去比上一次存的相同值,永远失败
  • 无法响应 Thread.interrupt(),一旦卡住只能等超时或进程结束
  • 没法实现 wait()/notify() 那类协作逻辑,所有等待都靠瞎转圈,业务耦合度极高

真要用,建议包装成带超时的 tryAcquire(long timeout, TimeUnit unit),并严格限定只用于极短、无嵌套、无等待的底层组件(比如 RingBuffer 的 cursor 更新)。否则,不如老老实实用 synchronized

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