Спин-блокировка или спинлок (англ. spinlock — циклическая блокировка) — низкоуровневый примитив синхронизации[1], применяемый в многопроцессорных системах для реализации взаимного исключения исполнения критических участков кода с использованием цикла активного ожидания[2]. Применяется в случаях, когда ожидание захвата блокировки предполагается недолгим[2] либо если контекст выполнения не позволяет переходить в заблокированное состояние[3].
Спин-блокировки являются аналогами мьютексов, позволяющими тратить меньше времени на процедуру блокировки потока, поскольку не требуется переводить поток в заблокированное состояние. В случае мьютексов может потребоваться задействование планировщика с переводом потока в другое состояние и добавлением его в список потоков, ожидающих разблокировки. Спин-блокировки не задействуют планировщик и используют цикл активного ожидания без изменения состояния потока, что приводит к трате процессорного времени на ожидание освобождения блокировки другим потоком. Типовой реализацией спин-блокировки является простая циклическая проверка переменной спин-блокировки на доступность[1].
Физически спинлок представляет собой переменную в памяти и реализуется на атомарных операциях, которые должны присутствовать в системе команд процессора. Каждый процессор, желающий получить доступ к разделяемому ресурсу, атомарно записывает условное значение «занято» в эту переменную, используя аналог операции swap (в архитектуре x86 — xchg). Если предыдущее значение переменной (возвращаемое командой) было «свободно», то считается, что данный процессор получил доступ к ресурсу, в противном случае процессор возвращается к операции swap и в цикле проверяет спинлок, пока он не будет освобождён. После работы с разделяемым ресурсом процессор — владелец спинлока должен записать в него условное значение «свободно».
Более интеллектуальная реализация будет использовать обычную, а не атомарную операцию, для опроса в цикле, а атомарную операцию — только для попыток захвата. Дело в том, что реализация атомарных операций с памятью происходит путём аппаратного блокирования системной шины процессором на время выполнения атомарной операции (которая включает чтение, модификацию и запись). Во время выполнения этих трёх операций выполнение каких-либо других операций на шине невозможно, что снижает производительность других процессоров в системе (если они разделяют общую шину), даже если они не имеют никакого отношения к данному спинлоку.
Также используются т. н. queued spinlocks — «спинлоки с очередью». В них вместо присвоения 0 или 1 в атомарную переменную используется атомарное добавление структуры на голову списка, при том, что голова списка есть атомарная переменная типа «указатель».