java - 如何理解自旋鎖和互斥鎖？

Question

網路上的文章看了很多還是很迷茫，誰能通俗易懂的給我解釋一下這兩個概念啊？

我在python多執行緒編碼中一般都是在線程的run方法中用while True死循環，然後在死循環的循環體末尾調用queue.task_done移除該隊列，然後在主線程調用queue的join方法阻塞主線程，防止主線程直接結束，請問我這種多線程編碼方式是否合理？會不會有什麼bug？另外請問一下我在run中呼叫死循環是不是就叫自旋鎖？

Answer 1

首先要了解什麼是互斥鎖，互斥鎖代表的意思是什麼，
就是在兩個執行緒A,B 存取同一塊記憶體的時侯。
理想情況下我們的執行順序應該是A 完全執行完後，B來執行
但是，執行是有佔用CPU指令時間的，如果不用任何機制的話，當A執行到一半時，B佔用了CPU，B去處理這段內存，然後B執行完畢，A再得到CPU，內存資料不就出錯了嗎？
為了記憶體的資料安全。就採用了一種互斥的技術，A訪問這段內存的時候，首先判斷這段內存有沒有在使用中的標誌（取個名字叫做鎖），沒有的話對這段內存加一個標誌（鎖） ，然後A在處理這段內存，A處理完了解鎖。如果在A處理記憶體這個時候B來存取的話，B看到這段記憶體有使用中的標誌（鎖）了，B可以有​​好幾種行為。行為一：佔用CPU。不斷循環並測試鎖的狀態，執行緒不會掛起(睡眠)，處於忙等狀態，採用這種行為的鎖叫做自旋鎖。行為二：線程B休眠阻塞，放棄CPU，直到A執行完了，鎖沒了，再使用記憶體。這種行為叫做互斥鎖。看到這裡你大概也明白了，鎖就是實現互斥作用的同步機制。自旋鎖就是互斥鎖的情況（等待的時候會佔用CPU的互斥鎖）罷了。
不要被名稱誤導。要了解背後的機制，換個名字也要明白，
參考連結 連結描述

Answer 2

1.Python多線程run方法的中使用while循環時，如果在循環體沒有使用停止程序機制，會一直運行下去.因此樓主如果想讓編碼方式得當，可以使用信號量或者其他變量機制通知循環體停止，或判斷隊列是否為空，若為空，直接break,退出循環．

2.run中的死循環不是自旋鎖，假如循環體內有資源競爭，給加了個鎖，但這種鎖也是互斥鎖．
python的鎖使用的是信號量semaphore,不是spinlock.

// https://svn.python.org/projects/python/trunk/Python/thread_atheos.h
static int fastmutex_lock(fastmutex_t * mutex)
{
    atomic_t prev = atomic_add(&mutex->count, 1);
    if (prev > 0)
        return lock_semaphore(mutex->sem);
    return 0;
}

自旋鎖：多執行緒同時存取同一個資源，為防止資源的讀取修改不一致設定的一種鎖，如果執行緒存取資源時，已經有執行緒佔有資源，那麼後者執行緒會等待目前執行緒釋放資源，此時後者（不休眠）一直運行CPU檢測前者佔有資源是否釋放，這種後者存取並一直檢測資源佔有的機制就是自旋鎖．

互斥鎖：目的和自旋鎖一樣，但機制不一樣，當執行緒佔用資源後，加上鎖，後者執行緒存取時，由於資源被佔有，轉入休眠(sleep)狀態，等資源被釋放後，透過信號量通知排隊等候的線。

Answer 3

Python程式碼會依照這樣的流程進行運行，

1. 設定GIL

2. 切換到某個執行緒

3. 運行

4. 執行緒退出，設定為休眠狀態

5. 解鎖GIL

6. 重複以上操作

可能是因為GIL的原因，我似乎沒有在Python裡面看到過自旋鎖，更多使用的是互斥鎖。

下面是我以前寫多線程的方法，僅供參考～

import Queue
from threading import Thread

temp_queue = Queue.Queue()


class Test(Thread):
    def __init__(self):
        Thread.__init__(self)

    def run(self):
        while temp_queue.empty() is False:
            pass
            # do sth here
            # temp = temp_queue.get()


tasks = []
for i in range(10):
    tasks.append(Test())

for task in tasks:
    task.start()

for task in tasks:
    task.join()

既然是隊列，Queue中Queue().get()中說明了Remove and return an item from the queue.