C++自旋锁的实现示例

#include <atomic>
#include <thread>
#include <vector>
#include <iostream>
 
class SpinLock {
private:
// atomic_flag 只有两个状态：set (true) 和 clear (false)
// ATOMIC_FLAG_INIT 初始化为 false
std::atomic_flag flag = ATOMIC_FLAG_INIT;
 
public:
void lock() {
    // test_and_set(): 
    // 1. 读取当前值
    // 2. 将值设为 true
    // 3. 返回旧值
    // 这是一个原子操作 (RMW: Read-Modify-Write)
 
    // 如果返回 true，说明之前已经是 true (被别人锁了)，则一直循环 (自旋)
    // memory_order_acquire: 保证获得锁之后的读写操作不会重排到加锁之前
    while (flag.test_and_set(std::memory_order_acquire)) {
        // 这里是自旋区 (Spinning)
        // 可以在这里加 "CPU pause" 指令优化（后面会讲）
    }
}
 
void unlock() {
    // 清除标志，设为 false
    // memory_order_release: 保证解锁之前的读写操作全部完成
    flag.clear(std::memory_order_release);
}
};
 
// 使用示例（配合 lock_guard 满足 RAII）
SpinLock sl;
void worker() {
    // std::lock_guard 需要类满足 BasicLockable (有 lock/unlock 方法)
    std::lock_guard<SpinLock> guard(sl); 
    // 临界区...
}

class SpinLockBool {
std::atomic<bool> locked{false};
public:
void lock() {
    bool expected = false;
    // CAS (Compare And Swap)
    // 尝试把 locked 从 false 改成 true
    // 如果 locked 是 true (被锁)，compare_exchange_weak 返回 false，继续循环
    while (!locked.compare_exchange_weak(expected, true, std::memory_order_acquire)) {
        expected = false; // CAS 失败后 expected 会被改成当前值(true)，重置为 false 再次尝试
    }
}
void unlock() {
    locked.store(false, std::memory_order_release);
}
};

#include <atomic>
#include <immintrin.h> // for _mm_pause
 
class OptimizedSpinLock {
std::atomic_flag flag = ATOMIC_FLAG_INIT;
public:
void lock() {
    while (flag.test_and_set(std::memory_order_acquire)) {
        // 在自旋期间...
        while (flag.test(std::memory_order_relaxed)) { // 先只读 (Test)
            // 告诉 CPU 稍微休息一下，不要全速空转
            #if defined(__x86_64__) || defined(_M_X64)
            _mm_pause(); 
            #endif
            // 如果是 ARM 架构，可以用 __yield() 或 asm("yield")
        }
    }
}
void unlock() {
    flag.clear(std::memory_order_release);
}
};