SpinWait

主线位置：主线 1 里 B 停车之前的那一段。lock_slow 发现锁被占、且没有人在排队时，spinwait.spin() 一步、重读状态再试；spin() 返回 false（走完 10 步）或发现有人排队，才去置 PARKED_BIT 停车。

flowchart LR
  s1["第 1–3 次：自旋 2、4、8 次 spin_loop"] --> s4["第 4–10 次：thread_yield"]
  s4 --> s11["第 11 次起：返回 false"]
  s11 --> park["调用方：置 PARKED_BIT，park"]

README 第 3、4 条：「短临界区的微竞争靠自旋几次处理」「自旋几次失败后挂起线程，所以长短临界区都适用」。实现这两条的就是这个 74 行的文件。

代码

spinwait.rs:11-74：

// Wastes some CPU time for the given number of iterations,
// using a hint to indicate to the CPU that we are spinning.
#[inline]
fn cpu_relax(iterations: u32) {
    for _ in 0..iterations {
        spin_loop()
    }
}

/// A counter used to perform exponential backoff in spin loops.
#[derive(Default)]
pub struct SpinWait {
    counter: u32,
}

impl SpinWait {
    // ...
    #[inline]
    pub fn spin(&mut self) -> bool {
        if self.counter >= 10 {
            return false;
        }
        self.counter += 1;
        if self.counter <= 3 {
            cpu_relax(1 << self.counter);
        } else {
            thread_parker::thread_yield();
        }
        true
    }

    /// Spins without yielding the thread to the OS.
    ///
    /// Instead, the backoff is simply capped at a maximum value. This can be
    /// used to improve throughput in `compare_exchange` loops that have high
    /// contention.
    #[inline]
    pub fn spin_no_yield(&mut self) {
        self.counter += 1;
        if self.counter > 10 {
            self.counter = 10;
        }
        cpu_relax(1 << self.counter);
    }
}

逐次调用展开：

counter 先加一再移位，所以第一步是 2 次而不是 1 次。0.13 改成了 1、2、4（#540「core: fix SpinWait spin counts starting at 2 instead of 1」，0.13.0 的写法是 cpu_relax(1 << (self.counter - 1))）。自旋阶段总共 14 次 spin_loop，之后 7 次让出。thread_yield 在 unix 上是 std::thread::yield_now()（sched_yield），在 Windows 上是 Sleep(0)（ThreadParker 的各平台实现）。每次 spin_loop() 在 aarch64 上是一条 isb 指令（crossbeam 卷 Backoff 引过 core::hint::spin_loop 的实现）。

spin_no_yield 是另一条曲线：从不让出，每次自旋 1 << counter 次，counter 封顶 10，即 2、4、8、……、1024 次，之后一直 1024 次。它不返回 bool，没有「该停车了」的信号，调用方自己决定何时停。

谁在用，什么时候不转

前四个「有人排队就不转」的条件是同一个判断：前面已经有线程在睡，锁放出来时多半会交给它们（普通解锁时它们被叫醒去抢，公平解锁时直接交接），后来者自旋只是浪费 CPU，不如直接排队。所以自旋只发生在「锁刚被拿走、还没人等」的那一小段窗口里，正是 README 说的「微竞争」。

spin_no_yield 的场景不同：很多读者同时对同一个 AtomicUsize 做 +ONE_READER 的 CAS，失败不是因为锁被占，而是因为别的读者刚改过计数。这时让出 CPU 没有意义（对方马上就改完了），但立刻重试又会继续撞，所以只做指数退避的自旋。注释：「This can be used to improve throughput in compare_exchange loops that have high contention.」crossbeam 卷的 ShardedLock 一章 实测「只读时 parking_lot RwLock 的吞吐远低于全写」，读者计数上的 CAS 冲突和这里的退避是候选解释，在 和 std RwLock 比 里讨论。

和 crossbeam Backoff 对照

两者的结构一样：先自旋、再让出、再交给调用方去阻塞。parking_lot 的自旋阶段短得多、让出阶段长；Backoff 反过来。下面的实验和 Backoff 一章的 E9 放在一起看。

实验 E11：每一步多长

断言：spin() 前 3 步只有几十纳秒，第 4–10 步各约一次 yield_now；机器忙时后 7 步变长、前 3 步不变。

方法（exp-parking_lot/spinwait-curve）：对第 k 次调用，新建一个 SpinWait、先不计时地调 k−1 次，再用 Instant 量第 k 次，重复 10 000 次取中位数和 p90。本机 Instant 的分辨率是 41 ns，前 3 步接近一个刻度，所以另外批量测：20 万个新 SpinWait 各调前 k 次的平均耗时，相邻两项相减得到第 k 步。同时量单次 spin_loop（100 万次平均）和单次 yield_now（1 万次中位数）。单线程，不开 deadlock_detection。

结果：2026-11-01 22:59，开始时负载 1 分钟 1.88、5 分钟 2.94，rustc 1.99.1，--release，M2 Max（8 性能核 + 4 能效核，macOS 不能绑核）。单次 spin_loop 8.9–12.0 ns，单次 yield_now 中位数 125–167 ns。逐步中位数（ns，三轮）：

11 次调用的中位数加起来：1416、1083、1330 ns。

• 前 3 步的单次计时被 41 ns 的分辨率吞掉了，批量差分给出 23、40、75 ns 左右，正好是 2、4、8 次 spin_loop（每次约 9 ns）加几纳秒的调用开销。
• 第 4–10 步各是一次 yield_now，机器上有空闲核时它马上返回，约 125–167 ns，比第 3 步的自旋还贵一倍。
• 从新建到 spin() 返回 false，总共约 1.1–1.4 µs，这就是 RawMutex 在停车前愿意付的忙等预算。对照 Backoff 一章的 E9：crossbeam 从新建到 is_completed() 约 1.5 µs，两者量级相同，只是 parking_lot 把大部分时间花在让出上，crossbeam 花在自旋上。和 ThreadParker 一章 E12 的单向唤醒延迟（约 1.2–2.1 µs）也是同一量级：自旋预算大致等于一次睡眠唤醒的代价。

反向验证：再起 12 个忙转的线程占满全部 12 个核，同样的测量（每步 50 次，因为让出可能要等很久）。开始时负载 1 分钟 2.16、5 分钟 2.94（22:59）：

前 3 步和空载时完全一样（自旋不受别的线程影响；批量差分除第一轮第 1 步外也在空载值附近），后 7 步各变成 375–958 ns，是空载的 2–7 倍，11 次合计从约 1.3 µs 变成 2.9–6.9 µs。断言成立：测法能分辨「自旋」和「让出」两段。值得注意的是，即使 12 个核都被占满，一次 yield_now 也不到 1 µs 就回来了，并没有让出整个时间片。

小结

• spin()：10 步，前 3 步自旋 2、4、8 次，后 7 步 thread_yield，第 11 次返回 false；0.13 把前 3 步改成 1、2、4。
• spin_no_yield()：只自旋，2 到 1024 次封顶，用在 RwLock 读者计数的 CAS 冲突上。
• RawMutex、WordLock、RawRwLock::lock_common、Once 都只在「没人排队」时自旋；有人排队就直接停车。
• 和 crossbeam Backoff 结构相同、曲线相反：parking_lot 自旋短、让出多。
• 实测（空载）：前 3 步约 23、40、75 ns，后 7 步各约 125–167 ns，从新建到返回 false 约 1.1–1.4 µs；12 个忙线程占满核时只有后 7 步变长（375–958 ns）。