nginx学习之自旋锁nginx_spinlock

nginx中自旋锁简介:

基于原子操作，Nginx实现了一个自旋锁。自旋锁是一种非睡眠锁，也就是说，某进程如果试图获得自旋锁，当发现锁已经被其他进程获得时，那么不会使得当前进程进入睡眠状态，而是始终保持进程在可执行状态，每当内核调度到这个进程执行时就持续检查是否可以获取到锁。在拿不到锁时，这个进程的代码将会一直在自旋锁代码处执行(下面的源码会分析到),知道其他进程释放了锁且当前进程获取到了锁之后，代码才会接着往下继续执行。

nginx中自旋锁的应用场景:

自旋锁主要是为多处理器操作系统而设置的，它要解决的共享资源保护场景就是进程使用锁的时间非常短(如果锁的使用时间很长的话，自旋锁就不太合适，它会占用大量的CPU资源)。如果使用锁的进程不太希望自己进入睡眠状态，特别是非常核心的时间时，这个时候就应该使用自旋锁，其实在大部分情况下Nginx的worker进程最好都不要进入睡眠状态，因为他非常繁忙，在这个进程的epoll上可能会有十万甚至上百万的TCP连接等待着处理，进程一旦睡眠后必须等待其他事件的唤醒，这中间极其繁琐的进程间切换带来的负载消耗可能会影响用户的体验。

nginx中自旋锁nginx_spinlock源码分析:

void ngx_spinlock(ngx_atomic_t *lock, ngx_atomic_int_t value, ngx_uint_t spin)
{

ngx_uint_t  i, n;
//无法获取锁时进程的代码一直在这个循环中执行
for ( ;; ) {

if (*lock == 0 && ngx_atomic_cmp_set(lock, 0, value)) {
//获取锁成功之后 ngx_spinlock方法才会返回
return;
}
//nginx_ncpu 是cpu的个数，当它大于1时表示处于多处理器系统中
if (ngx_ncpu > 1) {
/* 在多处理器下，更好的做法是当前进程不要立刻让出正在使用的
cpu处理器，而是等待一段时间，看看其他处理器上的进程是否会释放
锁，这回减少进程间切换的次数 */
for (n = 1; n < spin; n <<= 1) {
//n=1，2，4，8，16，32，64，128 ...
//每次等待时间增加一倍
for (i = 0; i < n; i++) {

//等待一段时间
ngx_cpu_pause();
}
//等待一段时间再去尝试获取锁
if (*lock == 0 && ngx_atomic_cmp_set(lock, 0, value)) {

return;
}
}
}
/*  当前进程仍然处于可执行状态，但暂时让出处理器，使得处理器优先调度其他可执行状态的进程，
这样在进程被内核再次调度时，在for循环代码中可以期望其他进程释放锁。*/
ngx_sched_yield();
}

}

自旋锁在其他地方的应用:

其中在java虚拟机上面，自旋锁也有应用。当时虚拟机的开发团队注意到了在许多应用上，共享数据的锁定状态只会持续很短的一段时间，为了这段时间去挂起和恢复现场并不值得。如果物理机器有一个以上的处理器，能让两个或以上的线程同时并发执行，我们就可以让后面请求锁的那个线程"稍等一下",但是不放弃处理器的执行时间，看看持有锁的线程是否很快就会释放锁。为了让线程等待，我们只需让线程执行一个忙循环(自旋)。