深入详解Objective-C中的@Synchronized关键字
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- 正文
- @Synchronized的底层实现
- badcase分析
正文
在多线程编程中,线程之间共享资源时容易出现数据竞争的问题,导致程序出现不可预期的结果。为了避免这种情况,我们需要采用一些同步机制来保证线程之间的安全协作。 @synchronized指令是Objective-C中一种常用的同步机制。
@synchronized指令是Objective-C中一种非常简单方便的创建锁的方式。相比于其他锁,它的语法更加简单,只需要使用任意一个Objective-C对象作为锁标记即可。
- (void)myMethod:(id)anObj { @synchronized(anObj) { // Everything between the braces is protected by the @synchronized directive. } }
@synchronized指令中传递的对象是用于区分受保护代码块的唯一标识符。如果在两个不同的线程中执行上述方法,分别为anObj参数传递不同的对象,那么每个线程都会获取自己的锁并继续处理,而不会被另一个线程阻塞。但是,如果在这两种情况下都传递相同的对象,则其中一个线程会首先获取锁,另一个线程则会被阻塞,直到第一个线程完成操作编程客栈。
@Synchronized的底层实现
通过clang查看底层编译代码可知, @Synchronized是通过objc_sync_enter和objc_sync_exit函数来实现锁的获取和释放的,源码如下:
int objc_sync_enter(id obj) { int result = OBJC_SYNC_SUCCESS; if (obj) { SyncData* data = id2data(obj, ACQUIRE); ASSERT(data); data->mutex.lock(); } else { // @synchronized(nil) does nothing if (DebugNilSync) { _objc_inform("NIL SYNC DEBUG: @synchronized(nil); set a breakpoint on objc_sync_nil to debug"); } 开发者_开发入门 objc_sync_nil(); } return result; } int objc_sync_exit(id obj) { int result = OBJC_SYNC_SUCCESS; if (obj) { SyncData* data = id2data(obj, RELEASE); if (!data) { result = OBJC_SYNC_NOT_OWNING_THREAD_ERROR; } else { bool okay = data->mutex.tryUnlock(); if (!okay) { result = OBJC_SYNC_NOT_OWNING_THREAD_ERROR; } } } else { // @synchronized(nil) does nothing } return result; }
- 如果传入的obj存在,则走加锁流程;如果obj为nil,则什么也不做。
- objc_sync_exit和objc_sync_enter是对应的;objc_sync_exit方法就是解锁,如果obj= nil则什么也不做;
通过观察源码可知,objc_sync_exit和objc_sync_enter里的关键是从obj转换到SyncData,然后通过SyncData中的mutex来对临界区上锁。SyncData结构体的定义如下:
typedef struct alignas(CacheLineSize) SyncData { struct SyncData* nextData; DisguisedPtr<objc_object编程> object; int32_t threadCount; // number of THREADS using this block recursive_mutex_t mutex; } SyncData;
- mutex是递归锁,这也是为什么可以在 @Synchronized里嵌套 @Synchronized的原因了。
从obj转换到SyncData的具体实现如下:
这段代码实现了一个锁的缓存机制,目的是为了提高多线程访问同一对象时的效率。当多个线程同时访问同一对象时,每个线程需要获取一个锁,这会造成性能瓶颈。为了避免这个问题,缓存机制会将已经获取的锁缓存起来,以供下次使用。其大致流程如下:
1、首先检查是否启用了快速缓存,如果启用则在快速缓存中查找是否有与obj对应的SyncData对象。
2、如果在快速缓存中找到了匹配的SyncData对象,则将syncLockCount加1,并返回结果。
3、如果没有在快速缓存中找到匹配的SyncData对象,则继续在线程缓存中查找是否有与obj对应的锁。
4、如果在线程缓存中找到了匹配的锁,则将对应锁的计数加1,并将其返回结果。
5、如果没有在线程缓存中找到匹配的锁,则在全局的哈希表中查找是否有与obj对应的SyncData对象。
6、如果在全局的哈希表中找到了匹配的SyncData对象,则会进行多线程操作,将对应锁的计数加1,并返回结果。
7、如果没有在全局的js哈希表中找到匹配的SyncData对象,则创建新对象,并将新对象添加到上述的缓存中,以供下次使用。
badcase分析
#import "ViewController.h" @interface ViewController () @property (nonatomic, stro编程客栈ng) NSMutableArray *testArray; @end @implementation ViewController - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; // Do any additional setup after loading the view. self.testArray = @[].mutableCopy; for (NSUInteger i = 0; i < 5000; i++) { dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{ [self testThreadArray]; }); } } - (void)testThreadArray { @synchronized (self.testArray) { self.testArray = @[].mutableCopy; } } @end
运行这段代码,会出现如下crash:
考虑这个场景,有三个线程A、B、C同时访问一个非原子属性self.testArray,初始值为p0。线程A和线程B由于访问的self.testArray的值一致,产生了竞争,线程A获取了锁并将self.testArray的值重新设置为p1,然后释放了锁。此时线程C访问self.testArray,发现其值为p1,没有竞争,准备对其进行赋值操作。然而,此时线程B由于之前的锁已经被释放,进入代码块,也准备对self.testArray进行赋值操作,这会导致两个线程同时对非原子属性self.testArray进行赋值操作,从而产生crash。
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