C++ 多執行緒程式設計中 spinlocks 的作用是什麼？

自旋鎖是一種輕量級鎖，用於保護共享資源，它透過不斷輪詢鎖的狀態來獲取它，避免上下文切換。優點包括效率高、反應性強和可擴展性強，但缺點是可能會導致 CPU 浪費和不適用於長時間鎖定的情況。

C++ 多執行緒程式設計中的自旋鎖

簡介

自旋鎖定是一種輕量級鎖，當執行緒嘗試存取共享資源時使用，它透過一直輪詢鎖的狀態來避免上下文切換。

原理

自旋鎖的工作原理是：當一個執行緒試圖取得鎖定時，它將不斷檢查鎖定的狀態。如果鎖已釋放，則線程將立即獲取它。如果鎖已被其他線程獲取，則線程將繼續輪詢鎖的狀態，直到它被釋放。

優點

• 效率高：自旋鎖定比其他鎖定機制（如互斥鎖）更有效，因為它避免了昂貴的上下文切換。
• 響應性強：當執行緒不斷輪詢鎖的狀態時，它可以快速對鎖的釋放做出反應。
• 可擴展性強：自旋鎖在多處理器系統中表現良好，因為每個執行緒都可以旋轉在自己的快取線上。

限制

• 可能會導致CPU 浪費：如果一個鎖被爭用得很頻繁，不斷輪詢鎖的狀態可能會浪費大量CPU 資源。
• 不適用於長時間鎖定的情況：如果一個鎖定長時間被持有，自旋鎖定可能會導致執行緒飢餓。

實戰案例

以下程式碼範例示範如何使用C++ 中的std::atomic9eac9cfd9e022188a134e2cbc39820d5 來實作自旋鎖定：

#include <atomic>

class Spinlock {
private:
    std::atomic<bool> locked;

public:
    Spinlock() : locked(false) {}

    void lock() {
        while (locked.exchange(true)) { /* 旋转直到锁被释放 */ }
    }

    void unlock() {
        locked.store(false);
    }
};

int main() {
    Spinlock lock;

    // 创建多个线程来争用锁
    std::vector<std::thread> threads;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        threads.push_back(std::thread([&lock] {
            lock.lock();
            // 访问共享资源
            lock.unlock();
        }));
    }

    // 等待所有线程完成
    for (std::thread& thread : threads) {
        thread.join();
    }

    return 0;
}

結論

自旋鎖定是一種強大的同步原語，可用於在多執行緒C++ 程式中保護共用資源。但是，當鎖被頻繁爭用時，它們可能會導致 CPU 浪費，因此在使用它們時需要謹慎。

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