Folly 的 MicroSpinLock 使用方法和实现
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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！
在使用前必须初始化：spin.init()。由于是 POD 的，也可以直接置 0 初始化，也就是在一个大对象里memset为 0 也符合初始化条件。
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.init();
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。
Q. E. D.
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