Folly 的 MicroSpinLock 使用方法和实现

由 Facebook 开发和维护的 C++库 Folly 提供了自旋锁的实现folly::MicroSpinLock，代码文件地址：https://github.com/facebook/folly/blob/master/folly/synchronization/MicroSpinLock.h。

folly::MicroSpinLock小到只有一个字节，并且为POD类型，也就是说它可以保存到文件，在（共享）内存中共享！

根据 Facebook 的测试，该自旋锁单次耗时约 13.5ns ，std::mutex性能大约在 25ns ，参考的虚函数单次调用耗时约 1.7ns。

它的使用很简单，就是lock和unlock函数，也可以用std::lock_guard来自动上锁和解锁（folly提供MSLGuard的typedef）：

folly::MicroSpinLock spinlock; 

spinlock.lock();
// your work need to protect
spinlock.unlock();

{
    // 已定义typedef std::lock_guard<MicroSpinLock> MSLGuard  
    MSLGuard guard{spinlock};
    // your work need to protect
}

为了达到POD的目的，folly::MicroSpinLock只有一个uint8_t类型的成员lock_。但每次使用时，会强行转换成std::atomic对象：

std::atomic<uint8_t>* payload() noexcept {
    return reinterpret_cast<std::atomic<uint8_t>*>(&this->lock_);
}

我们细看lock的实现：

void lock() noexcept {
  detail::Sleeper sleeper;
  while (!cas(FREE, LOCKED)) {
    do {
      sleeper.wait();
    } while (payload()->load(std::memory_order_relaxed) == LOCKED);
  }
  assert(payload()->load() == LOCKED);
  annotate_rwlock_acquired(
      this, annotate_rwlock_level::wrlock, __FILE__, __LINE__);
}

这里面有三个地方需要展开说。

第一个是cas，这个是std::atomic提供的标准比较替换的原子实现：

bool cas(uint8_t compare, uint8_t newVal) noexcept {
  return std::atomic_compare_exchange_strong_explicit(
      payload(),
      &compare,
      newVal,
      std::memory_order_acquire,
      std::memory_order_relaxed);
}

这里用了对内存顺序要求最高的std::atomic_compare_exchange_strong_explicit。具体原因和对效率的影响不太清楚。

第二个是用了detail::Sleeper。最终实现了，前 4000 次检查失败时，会插入_mm_pause空指令，但 4000 次之后，将休眠 0.5 毫秒，此时将让出 CPU ，线程被切换，避免总是占住 CPU。

因为每次只插入一条pause空指令，所以 4000 次检查，不一定够。但不提供修改方式（除了改源代码）。

第三个是最后还调用了annotate_rwlock_acquired这个函数。这个用于配合线程检查工具ThreadSanitizer，检查多线程编程中是否有Data Race现象。

当用户没有开启选项时，该函数会被编译器优化掉，因此不用担心该行代码会降低性能。

作者暂无likerid, 赞赏暂由本网站代持，当作者有likerid后会全部转账给作者（我们会尽力而为）。


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