作者：CppExplore http://www.shnenglu.com/CppExplore/和http://blog.csdn.net/cppexplore同步發(fā)布
一 semaphore機(jī)制
古老的信號(hào)量機(jī)制，80年代初，從System V體系中產(chǎn)生，稱為System v信號(hào)量。90年代，Posix標(biāo)準(zhǔn)確立，其中的信號(hào)量稱為posix信號(hào)量。當(dāng)前l(fā)inux系統(tǒng)支持這兩種信號(hào)量（man semget/ man sem_post)。System v信號(hào)量為有名信號(hào)量，可以用于多進(jìn)程間的互斥同步。posix信號(hào)量分有名和無(wú)名兩種，當(dāng)前l(fā)inux只支持無(wú)名信號(hào)量，可以用于多線程之間的互斥同步，通過(guò)共享內(nèi)存也可以用于多進(jìn)程之間。
信號(hào)量屬于內(nèi)核級(jí)別的互斥同步機(jī)制，相關(guān)調(diào)用總是陷入內(nèi)核態(tài)，屬于功能強(qiáng)大/重量級(jí)的實(shí)現(xiàn)。
二 spinlock機(jī)制
多核SMP的cpu流行后，出現(xiàn)的新的互斥同步機(jī)制。spinlock實(shí)現(xiàn)原理為用戶態(tài)循環(huán)嘗試機(jī)制，不陷入內(nèi)核態(tài)進(jìn)行線程切換。spinlock的原子性通過(guò)CAS(CompareAndSwap)原語(yǔ)實(shí)現(xiàn)。使用spinlock時(shí)，應(yīng)該保證保護(hù)區(qū)間內(nèi)代碼執(zhí)行迅速，不應(yīng)該存在io等耗時(shí)操作。
多核系統(tǒng)下，針對(duì)可快速執(zhí)行的保護(hù)區(qū)使用用戶態(tài)循環(huán)嘗試機(jī)制，可以保證執(zhí)行線程不需要引起上下文切換即可快速執(zhí)行通過(guò)，這種機(jī)制也被形象的稱為lock-free機(jī)制。我們可以這樣理解：lock-free機(jī)制即為循環(huán)嘗試，spinlock是它的具體實(shí)現(xiàn)。
spinlock的實(shí)現(xiàn)有多種，常見(jiàn)的有pthread_spin_lock，該spinlock無(wú)限制循環(huán)嘗試，在多核環(huán)境下并且保護(hù)區(qū)代碼執(zhí)行迅速時(shí)，執(zhí)行線程很快可以拿到鎖，但當(dāng)單核環(huán)境或者保護(hù)區(qū)代碼執(zhí)行慢速時(shí)，則會(huì)耗盡該線程擁有的時(shí)間片之后交出cpu，造成cpu的浪費(fèi)。另一常見(jiàn)的spinlock是boost智能指針中的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行3次無(wú)間斷的循環(huán)CAS原語(yǔ)判斷，之后若再次失敗，則調(diào)用sleep族函數(shù)，交出cpu執(zhí)行權(quán)，待再次分配到cpu時(shí)間片后繼續(xù)進(jìn)行CAS原語(yǔ)判斷操作。
三 mutex機(jī)制
mutex屬于os之上的再次封裝實(shí)現(xiàn)。在linux2.6內(nèi)核上，線程庫(kù)為nptl，其中的mutex基于futex機(jī)制實(shí)現(xiàn)，它的實(shí)現(xiàn)原理，簡(jiǎn)單說(shuō)就是spinlock+semaphore，首先使用spinlock嘗試，可以拿到鎖則直接向下執(zhí)行，拿不到鎖則執(zhí)行semaphore機(jī)制，陷入內(nèi)核態(tài)，進(jìn)入線程切換。
在多核環(huán)境下，當(dāng)mutex保護(hù)的代碼段內(nèi)無(wú)io操作，執(zhí)行很快時(shí)，大多數(shù)情況下通過(guò)spinlock都可拿到鎖，不需要陷入內(nèi)核態(tài)。
四 為智能指針正名(boost)
智能指針的引用計(jì)數(shù)僅僅為一個(gè)整型變量的增減，屬于執(zhí)行迅速的典型，使用spinlock機(jī)制保護(hù)，最新boost版本中僅僅是spinlock，而非mutex。從性能角度說(shuō)，使用智能指針的現(xiàn)象是cpu略微上升（循環(huán)嘗試導(dǎo)致），而并發(fā)量/單個(gè)請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間并無(wú)明顯影響。proactor機(jī)制實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)層，智能指針基本無(wú)法繞過(guò)，刻意避免帶來(lái)的只能是丑陋的代碼和維護(hù)量的上升。但線程之間盡量避免傳遞指針（智能指針），通過(guò)傳遞id等代替。
智能指針有它使用的場(chǎng)景，不能濫用，也不能刻意避免。