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c# SpinLock 和 lock 的区别和适用场景

发布时间:2026-01-10

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SpinLock 适用于临界区极短(

SpinLock 和 lock 的底层行为完全不同

lock 是语法糖,本质调用 Monitor.EnterMonitor.Exit,线程拿不到锁就立刻进入等待态,让出 CPU,触发上下文切换;而 SpinLock 是纯用户态结构,拿不到锁时线程不放弃 CPU,持续用 Interlocked.CompareExchange 检查状态——也就是“空转”,直到成功获取锁。

  • 这意味着 lock 在争用高、临界区长时更省 CPU,但每次切换代价约 1–10 微秒
  • SpinLock 避免了切换开销,但若临界区超过几微秒(比如含 Thread.Sleep(1) 或 I/O),自旋反而更慢、还拖高 CPU 使用率
  • SpinLock 是值类型(struct),不能跨线程共享实例;lock 锁的是引用对象(如 private static readonly object _lock = new object()

什么时候该选 SpinLock?看三个硬指标

不是“并发高就上 SpinLock”,而是必须同时满足:

  • 临界区逻辑极短:纯内存操作,无阻塞、无调度点,执行时间稳定在
  • 锁争用低或中等:高争用下多个线程同时自旋,CPU 白白拉满,却谁也进不去
  • 临界区不含任何可能触发 GC 或异常传播的代码:因为 SpinLock.Enter 不是异常安全的——若临界区抛异常且没正确 Exit,会导致死锁(同一线程后续再 Enter 就卡住)

反例:lock 更适合大多数场景,比如数据库连接池管理、缓存写入、日志缓冲区追加——哪怕只多一行 if (obj == null) return;,都建议别碰 SpinLock

常见误用和崩溃现场

下面这些写法看似合理,实际会立即出问题:

  • SpinLock 实例定义成 static 并在多线程间复用:可以,但必须确保每个线程都用 ref bool lockTaken 正确配对 Enter/Exit
  • async 方法里用 SpinLock:绝对禁止。await 后续回调可能在不同线程执行,Exit 调用会抛 InvalidOperationException(“只能由持有锁的线程释放”)
  • 忘记检查 lockTaken 就直接调用 Exit:一旦 Enter 失败(比如超时未设、或被中断),Exit 会崩
  • 重复 Enter 同一个 SpinLock 实例(不可重入):同一线程第二次调用 Enter 就死锁,IsHeld 属性也无法救场
private static SpinLock _spinLock = new SpinLock();
private static int _counter = 0;

public void Increment()
{
    bool lockTaken = false;
    try
    {
        _spinLock.Enter(ref lockTaken); // 必须传 ref!
        _counter++;
    }
    finally
    {
        if (lockTaken) _spinLock.Exit(); // 必须判空!
    }
}

性能对比不能只看吞吐,要看 CPU 效率

在 100 线程、每轮临界区仅 50 纳秒的纯计数场景下,SpinLock 可能比 lock 快 3–5 倍;但只要临界区加入一次 Interlocked.Increment 以外的操作(比如查字典、拼字符串),优势就消失;若临界区平均耗时 > 2 微秒,SpinLock 的 CPU 占用率常飙到 300%+,而吞吐反而更低。

  • 调试时注意:Windows 性能监视器里看 % Processor Time + Context Switches/sec,二者此消彼长
  • 上线前务必压测:用 dotnet-trace 录制真实负载,观察 SpinLock 自旋循环是否成为热点(方法名含 TryEnterSpinOnce
  • 没有银弹:.NET 6+ 中,多数短临界区场景优先考虑 Interlocked(如 Interlocked.Add),它比 SpinLock 更轻、更安全、还能跨平台保证语义
真正难的不是选哪个锁,而是判断“这段代码到底算不算短临界区”——它取决于你的硬件、当前 GC 压力、甚至 JIT 编译模式。实操中,先用 lock 写稳,再用 dotnet-countersmonitor-lock-contention-rate,如果每秒争用低于 10 次,基本不用换;高于 100 次且确认临界区干净,才值得尝试 SpinLock
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