Absolutamente la mejor y más simple respuesta que encontré hasta ahora está aquí .
Básicamente, no es necesario un diseño personalizado en este caso. Simplemente configure actonViewClass:
<menu xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
xmlns:yourapp="http://schemas.android.com/apk/res-auto" >
<item android:id="@+id/spinner"
yourapp:showAsAction="ifRoom"
yourapp:actionViewClass="android.widget.Spinner" /> <== this is all that's required
</menu>
Y luego manipúlelo en onCreateOptionsMenu, como de costumbre:
@Override
public boolean onCreateOptionsMenu(Menu menu) {
getMenuInflater().inflate(R.menu.menu_layout, menu);
MenuItem item = menu.findItem(R.id.spinner);
Spinner spinner = (Spinner) MenuItemCompat.getActionView(item);
spinner.setAdapter(adapter);
spinner.setOnItemSelectedListener(onItemSelectedListener);
Esta es, con mucho, la solución más simple y limpia. Créditos a François Poyer, el autor original.