iOS 锁 部分三

主要讲解锁@synchronized/dispatch_semaphore_t的基本用法

文中使用的 objc4源码是objc4-781和 objc4-723版本;
文中使用的 libplatform 源码版本为libplatform-177.270.1版本

常见锁的分类:

• 自旋锁OSSpinLock
• 互斥锁os_unfair_lock
• 互斥/递归/条件锁pthread_mutex_t
• 互斥锁NSLock
• 递归锁NSRecursiveLock
• 条件锁NSCondition
• 条件锁NSConditionLock
• 递归锁 @synchronized
• 信号量semaphore
• 读写锁pthread_rwlock_t
• 异步栅栏dispatch_barrier_async

iOS 锁 部分一
iOS 锁 部分二
iOS 锁 部分三
iOS 锁 部分四

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1. 递归锁@synchronized

特点

1. 网上很多教程都说@synchronized是一个基于pthread_mutex_t封装的递归锁, 但是这是在objc4-750版本之前(iOS12之前)是这样, 验证步骤详见补充部分; 从objc4-750版本开始, 以后的(iOS12之后)这个锁的实现已经变了, 底层的封装变为了os_unfair_lock;下面来验证它
   我们加一个断点后看下他的汇编调用过程, 最终可以确定@synchronized调用了两个方法objc_sync_enter和objc_sync_exit;
   
   
   下面去 objc源码中查看下这俩方法的实现;

// 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) {
        ///根据传入的对象, 来获取一个锁. 所以@sycnhronized 时传入的对象很重要;
        SyncData* data = id2data(obj, ACQUIRE);
        ASSERT(data);
        data->mutex.lock();
    } else {
        // @synchronized(nil) does nothing
        ///传入空对象, 则什么都不做
        if (DebugNilSync) {
            _objc_inform("NIL SYNC DEBUG: @synchronized(nil); set a breakpoint on objc_sync_nil to debug");
        }
        objc_sync_nil();
    }

    return result;
}

===>
SyncData的底层结构为
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;

===>
///recursive_mutex_t的定义为
using recursive_mutex_t = recursive_mutex_tt<LOCKDEBUG>;

===>
///recursive_mutex_tt的底层结构为
class recursive_mutex_tt : nocopy_t {
    os_unfair_recursive_lock mLock;
  public:
    constexpr recursive_mutex_tt() : mLock(OS_UNFAIR_RECURSIVE_LOCK_INIT) {
        lockdebug_remember_recursive_mutex(this);
    }

    constexpr recursive_mutex_tt(const fork_unsafe_lock_t unsafe)
        : mLock(OS_UNFAIR_RECURSIVE_LOCK_INIT)
    { }

    void lock()
...
}

到了os_unfair_recursive_lock这一层 objc4源码就不再有更进一步的结构, 但是我们从libplatform中可以进行进一步的探究

下载后找到lock_private.h文件

///iOS12之后才是这种结构
#define OS_UNFAIR_RECURSIVE_LOCK_AVAILABILITY \
        __OSX_AVAILABLE(10.14) __IOS_AVAILABLE(12.0) \
        __TVOS_AVAILABLE(12.0) __WATCHOS_AVAILABLE(5.0)

===>
/*!
 * @typedef os_unfair_recursive_lock
 *
 * @abstract
 * Low-level lock that allows waiters to block efficiently on contention.
 *
 * @discussion
 * See os_unfair_lock.
 */
OS_UNFAIR_RECURSIVE_LOCK_AVAILABILITY
typedef struct os_unfair_recursive_lock_s {
        ///底层为互斥锁os_unfair_lock
    os_unfair_lock ourl_lock;
        ///因为@synchronized 为递归锁, 所以需要记录加锁次数
    uint32_t ourl_count;
} os_unfair_recursive_lock, *os_unfair_recursive_lock_t;

至此可以验证@synchronized为一个封装了pthread_mutex_t 或者os_unfair_lock的递归锁;

2. 可能会用到的方法
   传入一个对象obj进行加锁, 如果传入空, 则不执行操作;
   @synchronized(obj) { ... }
3. 测试代码

#import "ViewController9.h"
@interface ViewController9 ()
@end
@implementation ViewController9
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    [self recuresiveAction];
}
- (void)recuresiveAction {
    static int count = 10;
    @synchronized ([self class]) {
        NSLog(@"count: %d", count);
        if (count > 0) {
            count --;
            [self recuresiveAction];
        }
    }
}
@end

2. 信号量dispatch_semaphore

特点

1. 本来使用于控制线程的最大并发数量的, 我们将并发数量设置为1也可以认为是加锁的功能;
2. 可能会用到的方法
   2.1 初始化dispatch_semaphore_create()传入的值为最大并发数量, 设置为1则达到加锁效果;
   2.2 判断信号量的值dispatch_semaphore_wait()如果大于0, 则可以继续往下执行(同时信号量的值减去一),如果信号量的值为0, 则线程进入休眠状态等待(此方法的第二个参数就是设置要等多久, 一般都是使用永久DISPATCH_TIME_FOREVER) ;
   2.3 释放信号量dispatch_semaphore_signal()同时使信号量的值加上一;
3. 测试代码

#import "ViewController10.h"
@interface ViewController10 ()
@property (nonatomic, strong) dispatch_semaphore_t semaphore;
@end
@implementation ViewController10
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.semaphore = dispatch_semaphore_create(1);
    [self handleMoney];
}
- (void)handleMoney {
    self.money = 100;
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i ++) {
            [weakSelf saveMoney];
        }
    });
    dispatch_async(queue, ^{
        for (int i = 0; i < 5; i ++) {
            [weakSelf drawMoney];
        }
    });
}
- (void)saveMoney{
    dispatch_semaphore_wait(self.semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    [super saveMoney];
    dispatch_semaphore_signal(self.semaphore);
}
- (void)drawMoney {
    dispatch_semaphore_wait(self.semaphore, DISPATCH_TIME_FOREVER);
    [super drawMoney ];
    dispatch_semaphore_signal(self.semaphore);
}
@end

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补充

1. 在objc4-750之前的@synchronized底层封装的是 pthread_mutex_t

验证过程, 使用objc4-723版本进行查看

// 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) {
        ///根据传入的对象, 来获取一个锁. 所以@sycnhronized 时传入的对象很重要;
        SyncData* data = id2data(obj, ACQUIRE);
        ASSERT(data);
        data->mutex.lock();
    } else {
        // @synchronized(nil) does nothing
        ///传入空对象, 则什么都不做
        if (DebugNilSync) {
            _objc_inform("NIL SYNC DEBUG: @synchronized(nil); set a breakpoint on objc_sync_nil to debug");
        }
        objc_sync_nil();
    }

    return result;
}

===>
SyncData的底层结构为
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;

===>
///recursive_mutex_t的定义为
using recursive_mutex_t = recursive_mutex_tt<LOCKDEBUG>;

===>
///在 objc4-723版本中recursive_mutex_tt的底层结构为
class recursive_mutex_tt : nocopy_t {
    ///底层封装的是互斥锁pthread_mutex_t
    pthread_mutex_t mLock;

  public:
    recursive_mutex_tt() : mLock(PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER) {
        lockdebug_remember_recursive_mutex(this);
    }

    recursive_mutex_tt(const fork_unsafe_lock_t unsafe)
        : mLock(PTHREAD_RECURSIVE_MUTEX_INITIALIZER)
    { }
...
}

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文中测试代码
参考文章
objc4源码下载地址
libplatform源码下载地址