MCS锁实现的问题

MCS锁是一种基于链表的自旋锁，它的问题主要集中在两个方面：内存开销和线程饥饿。

1. 内存开销问题： MCS锁使用链表来保存等待锁的线程，每个线程都需要维护一个节点对象，这会增加内存开销。解决这个问题的方法是使用对象池来管理节点对象，重复使用已经分配的节点，减少内存分配和回收的开销。

public class MCSLock {
    private AtomicReference<Node> tail;
    private ThreadLocal<Node> myNode;
    private ThreadLocal<Node> pred;

    public MCSLock() {
        tail = new AtomicReference<>(null);
        myNode = ThreadLocal.withInitial(Node::new);
        pred = new ThreadLocal<>();
    }

    public void lock() {
        Node node = myNode.get();
        node.locked = true;
        Node predNode = tail.getAndSet(node);
        if (predNode != null) {
            pred.set(predNode);
            while (node.locked) {
                // spin
            }
        }
    }

    public void unlock() {
        Node node = myNode.get();
        node.locked = false;
        if (pred.get() == null) {
            if (!tail.compareAndSet(node, null)) {
                while (node.next == null) {
                    // spin
                }
                node.next.locked = false;
            }
        } else {
            pred.get().locked = false;
            pred.remove();
        }
    }

    private static class Node {
        private volatile boolean locked;
        private Node next;
    }
}

2. 线程饥饿问题： MCS锁存在一种情况，即如果等待锁的线程过多，那么新到来的线程可能一直无法获取锁，导致饥饿现象。解决这个问题的方法是引入公平性。在MCS锁中，可以通过改进节点对象的结构，为每个节点增加一个标志位，表示该节点是否在等待锁。当新线程到来时，可以检查前一个节点是否在等待锁，如果是，则让新线程自旋等待；如果否，则直接获取到锁。

public class MCSLock {
    private AtomicReference<Node> tail;
    private ThreadLocal<Node> myNode;
    private ThreadLocal<Node> pred;

    public MCSLock() {
        tail = new AtomicReference<>(null);
        myNode = ThreadLocal.withInitial(Node::new);
        pred = new ThreadLocal<>();
    }

    public void lock() {
        Node node = myNode.get();
        node.locked = true;
        Node predNode = tail.getAndSet(node);
        if (predNode != null) {
            pred.set(predNode);
            while (predNode.waiting) {
                // spin
            }
            pred.remove();
        }
    }

    public void unlock() {
        Node node = myNode.get();
        node.locked = false;
        if (node.next == null) {
            if (tail.compareAndSet(node, null)) {
                return;
            }
            while (node.next == null) {
                // spin
            }
        }
        node.next.waiting = false;
    }

    private static class Node {
        private volatile boolean locked;
        private volatile boolean waiting;
        private Node next;
    }
}

通过上述方法，可以解决MCS锁实现中的内存开销和线程饥饿问题。