当前位置:首页 > 文章列表 > 文章 > java教程 > 自旋锁与互斥锁:锁持有时间影响性能开销

自旋锁与互斥锁:锁持有时间影响性能开销

2026-02-27 10:24:49 0浏览 收藏
本文深入剖析了自旋锁与互斥锁在Linux内核中的本质差异与适用边界,指出锁的选择绝非简单比较“快慢”,而应基于临界区实际执行时间、是否允许睡眠、上下文类型及资源竞争模式进行精准权衡:自旋锁仅在纳秒级、纯CPU计算且中断/抢占已禁用的原子场景中高效,滥用会导致CPU空转和系统拖慢;互斥锁虽引入调度开销,却在毫秒级、含内存分配或I/O的常规路径中更安全可靠;而真正提升性能的关键,在于跳出锁类型之争,通过实测分析临界区耗时与竞争热度,并善用rwsem、RCU、per-CPU变量等更契合数据访问模式的无锁或低开销机制——最终,优化锁的本质,是优化被锁住的代码本身。

什么是并发编程中的自旋锁与互斥锁的权衡_从锁持有时间看系统开销

自旋锁适合什么场景?spin_lock 不是“更快”的代名词

自旋锁只在锁持有时间极短(通常 while (!try_acquire()) { cpu_relax(); },CPU 一直跑空循环,不交出调度权。

常见错误现象:在可能触发页缺失、系统调用或内存分配的临界区里用 spin_lock —— 这会导致 CPU 白白烧着,还拖慢其他核上的任务。

  • 适用场景:中断上下文、内核中已禁用抢占的原子路径、纯 CPU 计算型临界区(如更新一个计数器)
  • 不适用场景:任何可能调用 kmalloc(GFP_KERNEL)、访问用户内存、等待 I/O 或调用 schedule() 的地方
  • 参数差异:spin_lock(&lock) 会禁用本地中断(防止中断 handler 抢占并死锁),而 spin_lock_bh() 只禁用 softirq/bh,选错会引发隐性竞态

互斥锁为什么默认更安全?mutex_lock 的代价藏在哪

mutex_lock 是睡眠锁,拿不到就主动让出 CPU,调度器换别的线程跑。这避免了 CPU 浪费,但引入了上下文切换开销和调度延迟。

容易踩的坑:在中断上下文或禁止睡眠的区域(比如 atomic 上下文、RCU read-side)调用 mutex_lock,会直接触发 BUG: scheduling while atomic 错误。

  • 适用场景:进程上下文、临界区可能较长(微秒到毫秒级)、需要做内存分配或文件 I/O 的逻辑
  • 性能影响:单次 mutex_lock 在无竞争时约 20–50 纳秒;有竞争时,一次唤醒+调度可能耗时几十微秒甚至更多
  • 注意 mutex_trylock():它不睡眠,但失败后你得自己处理重试或降级逻辑,别当成 spin_trylock() 的平替

别硬选 —— Linux 内核里怎么动态切换?rwsemrcu_read_lock 是替代选项

当读多写少,或者临界区语义允许延迟可见,硬套 spin_lockmutex_lock 都是过杀。这时候得看数据访问模式,而不是只盯“锁快不快”。

典型误判:为保护一个被频繁读取的配置结构体,用 spin_lock —— 实际上 struct rw_semaphore 的读端几乎无开销,写端才阻塞,整体吞吐反而更高。

  • rwsem:读并发安全,写独占;比 mutex 多一点元数据,但读路径不进内核调度器
  • rcu_read_lock():零锁开销,但要求写端用 call_rcu() 延迟释放旧数据,适用于指针替换类操作(如路由表、模块列表)
  • 混合策略:小粒度用 spin_lock,大块逻辑外包给 mutex,中间状态用 atomic_tlockless ringbuffer

实测前先问自己三个问题

很多开销争议其实源于没看清真实瓶颈。不是锁类型决定性能,而是锁保护的那段代码本身是否合理。

  • 这段临界区平均执行多久?用 kprobe + perf record -e sched:sched_stat_sleep,sched:sched_stat_runtime 看实际阻塞/运行时间分布
  • 锁竞争频率高吗?/proc/lock_stat(需开启 CONFIG_LOCK_STAT)能暴露 spin_lock 的等待次数和总纳秒数
  • 有没有办法把锁粒度变细、挪出慢路径、或用 per-CPU 变量避开争抢?例如把全局计数器换成 struct this_cpu_counter

真正难的从来不是选 spin_lock 还是 mutex_lock,而是确认你锁住的那几行代码,是不是真的需要被锁住。

理论要掌握,实操不能落!以上关于《自旋锁与互斥锁:锁持有时间影响性能开销》的详细介绍,大家都掌握了吧!如果想要继续提升自己的能力,那么就来关注golang学习网公众号吧!

马桶黄渍清洁妙招分享马桶黄渍清洁妙招分享
上一篇
马桶黄渍清洁妙招分享
微信小店多开登录技巧分享
下一篇
微信小店多开登录技巧分享
查看更多
最新文章
资料下载
查看更多
课程推荐
  • 前端进阶之JavaScript设计模式
    前端进阶之JavaScript设计模式
    设计模式是开发人员在软件开发过程中面临一般问题时的解决方案,代表了最佳的实践。本课程的主打内容包括JS常见设计模式以及具体应用场景,打造一站式知识长龙服务,适合有JS基础的同学学习。
    543次学习
  • GO语言核心编程课程
    GO语言核心编程课程
    本课程采用真实案例,全面具体可落地,从理论到实践,一步一步将GO核心编程技术、编程思想、底层实现融会贯通,使学习者贴近时代脉搏,做IT互联网时代的弄潮儿。
    516次学习
  • 简单聊聊mysql8与网络通信
    简单聊聊mysql8与网络通信
    如有问题加微信:Le-studyg;在课程中,我们将首先介绍MySQL8的新特性,包括性能优化、安全增强、新数据类型等,帮助学生快速熟悉MySQL8的最新功能。接着,我们将深入解析MySQL的网络通信机制,包括协议、连接管理、数据传输等,让
    500次学习
  • JavaScript正则表达式基础与实战
    JavaScript正则表达式基础与实战
    在任何一门编程语言中,正则表达式,都是一项重要的知识,它提供了高效的字符串匹配与捕获机制,可以极大的简化程序设计。
    487次学习
  • 从零制作响应式网站—Grid布局
    从零制作响应式网站—Grid布局
    本系列教程将展示从零制作一个假想的网络科技公司官网,分为导航,轮播,关于我们,成功案例,服务流程,团队介绍,数据部分,公司动态,底部信息等内容区块。网站整体采用CSSGrid布局,支持响应式,有流畅过渡和展现动画。
    485次学习
查看更多
AI推荐
  • ChatExcel酷表:告别Excel难题,北大团队AI助手助您轻松处理数据
    ChatExcel酷表
    ChatExcel酷表是由北京大学团队打造的Excel聊天机器人,用自然语言操控表格,简化数据处理,告别繁琐操作,提升工作效率!适用于学生、上班族及政府人员。
    4087次使用
  • Any绘本:开源免费AI绘本创作工具深度解析
    Any绘本
    探索Any绘本(anypicturebook.com/zh),一款开源免费的AI绘本创作工具,基于Google Gemini与Flux AI模型,让您轻松创作个性化绘本。适用于家庭、教育、创作等多种场景,零门槛,高自由度,技术透明,本地可控。
    4438次使用
  • 可赞AI:AI驱动办公可视化智能工具,一键高效生成文档图表脑图
    可赞AI
    可赞AI,AI驱动的办公可视化智能工具,助您轻松实现文本与可视化元素高效转化。无论是智能文档生成、多格式文本解析,还是一键生成专业图表、脑图、知识卡片,可赞AI都能让信息处理更清晰高效。覆盖数据汇报、会议纪要、内容营销等全场景,大幅提升办公效率,降低专业门槛,是您提升工作效率的得力助手。
    4304次使用
  • 星月写作:AI网文创作神器,助力爆款小说速成
    星月写作
    星月写作是国内首款聚焦中文网络小说创作的AI辅助工具,解决网文作者从构思到变现的全流程痛点。AI扫榜、专属模板、全链路适配,助力新人快速上手,资深作者效率倍增。
    5735次使用
  • MagicLight.ai:叙事驱动AI动画视频创作平台 | 高效生成专业级故事动画
    MagicLight
    MagicLight.ai是全球首款叙事驱动型AI动画视频创作平台,专注于解决从故事想法到完整动画的全流程痛点。它通过自研AI模型,保障角色、风格、场景高度一致性,让零动画经验者也能高效产出专业级叙事内容。广泛适用于独立创作者、动画工作室、教育机构及企业营销,助您轻松实现创意落地与商业化。
    4682次使用
微信登录更方便
  • 密码登录
  • 注册账号
登录即同意 用户协议隐私政策
返回登录
  • 重置密码