正確使用多線程同步鎖@synchronized()

FernandoHer 8年前發布 | 10K 次閱讀多線程 iOS開發移動開發

在上篇多線程安全的文章中，我曾推薦過大家使用@synchronized來使得代碼獲得原子性，從而保證多線程安全。這篇文章向大家介紹一些@synchronized的知識點和應該避免的坑。

@synchronized原理

@synchronized是幾種iOS多線程同步機制中最慢的一個，同時也是最方便的一個。

蘋果建立@synchronized的初衷就是方便開發者快速的實現代碼同步，語法如下：

@synchronized(obj) {
  //code
}

為了加深理解，我們刨一刨代碼看看@synchronized到底做了什么事。我在一個測試工程的main.m中寫了一段代碼：

void testSync()
{
    NSObject* obj = [NSObject new];
    @synchronized (obj) {

    }
}

然后在Xcode中選擇菜單Product->Perform Action->Assemble "main.m"，就得到了如下的匯編代碼：

上圖中我將關鍵代碼用紅線標出了，很容易就定位到了我們的目標代碼。

ARC幫我們插入的retain，release也在其中:)，我們感興趣的部分是下面兩個函數：

bl    _objc_sync_enter
bl    _objc_sync_exit

這兩個函數應該就是synchronized進入和退出的調用，下面去Objective C的源碼里找找 :)

在源碼中一搜，很快就發現了這兩個函數：

// Begin synchronizing on 'obj'. 
// Allocates recursive mutex associated with 'obj' if needed.
// Returns OBJC_SYNC_SUCCESS once lock is acquired.  
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");
        }
        objc_sync_nil();
    }

    return result;
}


// End synchronizing on 'obj'. 
// Returns OBJC_SYNC_SUCCESS or OBJC_SYNC_NOT_OWNING_THREAD_ERROR
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;
}

從上述源碼中，我們至少可以確立兩個信息：

synchronized是使用的遞歸mutex來做同步。
@synchronized(nil)不起任何作用

遞歸mutex的意思是，我們可以寫如下代碼：

@synchronized (obj) {
    NSLog(@"1st sync");
    @synchronized (obj) {
        NSLog(@"2nd sync");
    }
}

而不會導致死鎖。我順道扒了下java當中的synchronized關鍵字，發現也是使用的遞歸鎖，看來這是個common trick。recursive mutex其實里面還是使用了pthread_mutex_t，只不過多了一層ownership的判斷，性能上比非遞歸鎖要稍微慢一些。

@synchronized(nil)不起任何作用，表明我們需要適當關注傳入的object的聲明周期，一旦置為nil之后就無法做代碼同步了。

我們再看看傳入的obj參數有什么作用。

繼續看代碼發現傳入的obj被用作參數來獲取SyncData對象，里面有一大段關于SyncData的cache邏輯，有興趣的同學可以自己看下代碼，這是一個兩層的cache設計，第一層是tls cache，第二層是自己維護的一個hash map。這里將流程簡化，來看下obj是如何在hash map中緩存的。

先看下SyncData獲取的方式：

SyncData **listp = &LIST_FOR_OBJ(object);

而LIST_FOR_OBJ又指向：

#define LIST_FOR_OBJ(obj) sDataLists[obj].data
static StripedMap<SyncList> sDataLists;

再看下StripedMap的實現就很清楚了：

static unsigned int indexForPointer(const void *p) {
    uintptr_t addr = reinterpret_cast<uintptr_t>(p);
    return ((addr >> 4) ^ (addr >> 9)) % StripeCount;
}

public:
T& operator[] (const void *p) { 
    return array[indexForPointer(p)].value; 
}

indexForPointer中使用了obj的內存地址，做了個簡單的map，映射到另一個內存空間來存放SyncList。

通過上述分析，我們可以得出結論了：

synchronized中傳入的object的內存地址，被用作key，通過hash map對應的一個系統維護的遞歸鎖。

以上就是object的用處，所以不管是傳入什么類型的object，只要是有內存地址，就能啟動同步代碼塊的效果。

消化完synchronized的內部實現，我們再來看看平常使用中常見的一些坑。

慎用@synchronized(self)

我其實更想說：不要使用@synchronized(self)。

我看過不少代碼都是直接將self傳入@synchronized當中，這是種很粗糙的使用方式，容易導致死鎖的出現。比如：

//class A
@synchronized (self) {
    [_sharedLock lock];
    NSLog(@"code in class A");
    [_sharedLock unlock];
}

//class B
[_sharedLock lock];
@synchronized (objectA) {
    NSLog(@"code in class B");
}
[_sharedLock unlock];

原因是因為self很可能會被外部對象訪問，被用作key來生成一鎖，類似上述代碼中的 @synchronized (objectA) 。兩個公共鎖交替使用的場景就容易出現死鎖。

所以正確的做法是傳入一個類內部維護的NSObject對象，而且這個對象是對外不可見的。

精準的粒度控制

有些人說@synchronized慢，但@synchronized和其他同步鎖的性能相比并沒有很夸張，對于使用者來說幾乎忽略不計。

之所以慢是更多的因為沒有做好粒度控制。鎖本質上是為了讓我們的一段代碼獲得原子性，不同的critical section要使用不同的鎖。我見過很多類似的寫法：

@synchronized (sharedToken) {
    [arrA addObject:obj];
}

@synchronized (sharedToken) {
    [arrB addObject:obj];
}

使用同一個token來同步arrA和arrB的訪問，雖然arrA和arrB之間沒有任何聯系。傳入self的就更不對了。

應該是不同的數據使用不同的鎖，盡量將粒度控制在最細的程度。上述代碼應該是：

@synchronized (tokenA) {
    [arrA addObject:obj];
}

@synchronized (tokenB) {
    [arrB addObject:obj];
}

注意內部的函數調用

@synchronized還有個很容易變慢的場景，就是{}內部有其他隱蔽的函數調用。比如：

@synchronized (tokenA) {
    [arrA addObject:obj];
    [self doSomethingWithA:arrA];
}

doSomethingWithA內部可能又調用了其他函數，維護doSomethingWithA的工程師可能并沒有意識到自己是被鎖同步的，由此層層疊疊可能引入更多的函數調用，代碼就莫名其妙的越來越慢了，感覺鎖的性能差，其實是我們沒用好。

所以在書寫@synchronized內部代碼的時候，要十分小心內部隱蔽的函數調用。

總結

看似簡單的API調用，背后其實包含了不少知識，知其所以然才能運用得當。關于@synchronized(xxx)就介紹到這里，希望有將synchronized解釋清楚:)

來自：http://www.jianshu.com/p/2dc347464188

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正確使用多線程同步鎖@synchronized()

@synchronized原理

慎用@synchronized(self)

精準的粒度控制

注意內部的函數調用

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