正文

在多線程編程中，線程之間共享資源時容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)競爭的問題，導(dǎo)致程序出現(xiàn)不可預(yù)期的結(jié)果。為了避免這種情況，我們需要采用一些同步機制來保證線程之間的安全協(xié)作。 @synchronized指令是Objective-C中一種常用的同步機制。

@synchronized指令是Objective-C中一種非常簡單方便的創(chuàng)建鎖的方式。相比于其他鎖，它的語法更加簡單，只需要使用任意一個Objective-C對象作為鎖標(biāo)記即可。

- (void)myMethod:(id)anObj {
    @synchronized(anObj) {
        // Everything between the braces is protected by the @synchronized directive.
    }
}

@synchronized指令中傳遞的對象是用于區(qū)分受保護代碼塊的唯一標(biāo)識符。如果在兩個不同的線程中執(zhí)行上述方法，分別為anObj參數(shù)傳遞不同的對象，那么每個線程都會獲取自己的鎖并繼續(xù)處理，而不會被另一個線程阻塞。但是，如果在這兩種情況下都傳遞相同的對象，則其中一個線程會首先獲取鎖，另一個線程則會被阻塞，直到第一個線程完成操作。

@Synchronized的底層實現(xiàn)

通過clang查看底層編譯代碼可知， @Synchronized是通過objc_sync_enter和objc_sync_exit函數(shù)來實現(xiàn)鎖的獲取和釋放的，源碼如下：

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");
        }
        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;
}

• 如果傳入的obj存在，則走加鎖流程；如果obj為nil，則什么也不做。
• objc_sync_exit和objc_sync_enter是對應(yīng)的；objc_sync_exit方法就是解鎖，如果obj= nil則什么也不做；

通過觀察源碼可知，objc_sync_exit和objc_sync_enter里的關(guān)鍵是從obj轉(zhuǎn)換到SyncData，然后通過SyncData中的mutex來對臨界區(qū)上鎖。SyncData結(jié)構(gòu)體的定義如下：

typedef struct alignas(CacheLineSize) SyncData {
    struct SyncData* nextData;
    DisguisedPtr<objc_object> object;
    int32_t threadCount;  // number of THREADS using this block
    recursive_mutex_t mutex;
} SyncData;

• mutex是遞歸鎖，這也是為什么可以在 @Synchronized里嵌套 @Synchronized的原因了。

從obj轉(zhuǎn)換到SyncData的具體實現(xiàn)如下：

這段代碼實現(xiàn)了一個鎖的緩存機制，目的是為了提高多線程訪問同一對象時的效率。當(dāng)多個線程同時訪問同一對象時，每個線程需要獲取一個鎖，這會造成性能瓶頸。為了避免這個問題，緩存機制會將已經(jīng)獲取的鎖緩存起來，以供下次使用。其大致流程如下：

1、首先檢查是否啟用了快速緩存，如果啟用則在快速緩存中查找是否有與obj對應(yīng)的SyncData對象。

2、如果在快速緩存中找到了匹配的SyncData對象，則將syncLockCount加1，并返回結(jié)果。

3、如果沒有在快速緩存中找到匹配的SyncData對象，則繼續(xù)在線程緩存中查找是否有與obj對應(yīng)的鎖。

4、如果在線程緩存中找到了匹配的鎖，則將對應(yīng)鎖的計數(shù)加1，并將其返回結(jié)果。

5、如果沒有在線程緩存中找到匹配的鎖，則在全局的哈希表中查找是否有與obj對應(yīng)的SyncData對象。

6、如果在全局的哈希表中找到了匹配的SyncData對象，則會進行多線程操作，將對應(yīng)鎖的計數(shù)加1，并返回結(jié)果。

7、如果沒有在全局的哈希表中找到匹配的SyncData對象，則創(chuàng)建新對象，并將新對象添加到上述的緩存中，以供下次使用。

badcase分析

#import "ViewController.h"
@interface ViewController ()
@property (nonatomic, strong) 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

運行這段代碼，會出現(xiàn)如下crash:

考慮這個場景，有三個線程A、B、C同時訪問一個非原子屬性self.testArray，初始值為p0。線程A和線程B由于訪問的self.testArray的值一致，產(chǎn)生了競爭，線程A獲取了鎖并將self.testArray的值重新設(shè)置為p1，然后釋放了鎖。此時線程C訪問self.testArray，發(fā)現(xiàn)其值為p1，沒有競爭，準(zhǔn)備對其進行賦值操作。然而，此時線程B由于之前的鎖已經(jīng)被釋放，進入代碼塊，也準(zhǔn)備對self.testArray進行賦值操作，這會導(dǎo)致兩個線程同時對非原子屬性self.testArray進行賦值操作，從而產(chǎn)生crash。

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