同步锁解决方案

前言:

  在Objective-C中，如果有多个线程要执行同一份代码，那么有时候会出问题。这种情况下，通常使用锁来实现某种同步机制。在GCD出现之前，有两种方法，第一种采用内置的"同步块"(synchronization block):

-(void)synchronizedMethod{
@synchronized(self){
//Safe
}
}
  这种写法会根据给定的对象，自动创建一个锁，并等待块中的代码执行完毕。执行到这段代码结尾处，锁就释放了。在本例中，同步行为所针对的对象是self。这么写通常没错，因为它可以保证每个对象实例都能不受干扰地运行其synchronizedMethod方法。然而，滥用@synchronized(self)则会降低代码效率，因为共用同一个锁的那些同步块，都必须按顺序执行。若是在self对象上频繁加锁，那么程序可能等另一段与此无关的代码执行完毕，才能继续执行当前代码，这样做其实并没有必要。

另一个办法是直接使用NSLock对象：

_lock = [[NSLock alloc] init];

-(void)synchronizedMethod{
[_lock lock];
//Safe
[_lock unlock];
}

  也可以使用NSRecursiveLock 这种递归锁(recursive lock)，线程能够多次持有该锁，而不会出现死锁(deadlock)现象。
  这两种方法都很好，不过也有其缺陷。比方说，在极端情况下，同步块会导致死锁，另外，其效率也不见得很高，而如果直接使用锁对象的话，一旦遇到死锁，就会非常麻烦。
  替代方案就是使用GCD，它能以更简单、更高效的形式为代码加锁。比方说，属性就是开发者经常需要同步的地方，这种属性需要做成原子的。用atomic特性来修饰属性，即可实现这一点。而开发者如果想自己编写访问方法的话，那么通常会这样写：

-(void)someString{
@synchronized(self){
return _someString;
}
}

-(void)setSomeString:(NSString *)someString{
@synchronized(self){
_someString = someString;
}
}

  刚才说过，滥用@synchronized(self)会很危险，因为所有同步块都会彼此抢夺同一个锁。要是有很多属性都这么写的话，那么每个属性的同步块都要等其他所有同步块执行完毕才能执行，这也许并不是开发者想要的效果。我们只是想令每个属性各自独立地同步。
  顺便说一下，这么做虽然能提供某种程度的线程安全，但却无法保证访问该对象时该对象绝对是线程安全的。当然，访问属性的操作确实是原子的。使用属性时，必定能从中获取到有效值，然而在同一个线程上多次调用获取方法（getter），每次获取到的结果却未必相同。在两次访问操作之间，其他线程可能会写入新的属性值。
  有种简单而高效的方法可以替代同步块或锁对象，那就是使用"串行同步队列"（serial synchronization queue）。将读取操作以及写入操作都安排在同一个队列中，即可保证数据同步。
其用法如下：

_syncQueue = dispatch_queue_create("com.effective.syncQueue",NULL);
-(NSString *)someString{
__block NSString *localSomeString;
dispatch_sync(_syncQueue,^{
localSomeString = _someString;
});
}
-(void)setSomeString:(NSString *)someString{
dispatch_sync(_syncQueue,^{
_someString = someString;
});
}
  此模式的思路是：把设置操作与获取操作都安排在序列化队列里执行，这样的话，所有针对属性的访问操作就都同步了。为了使块代码能够设置局部变量，获取方法中用到了__block语法，若是抛开这一点，那么这种写法要比前面那些更为简洁。全部加锁任务都在GCD中处理，而GCD是在相当深的底层来实现的，于是能够做许多优化。因此，开发者无须担心那些事，只要专心把访问方法写好就行。
  然而还可以进一步优化。设置方法并不一定非得是同步的。设置实例变量所用的块，并不需要想设置方法返回什么值。也就是说，设置方法的代码可以改成下面这样:

-(void)setSomeString:(NSString *)someString{
dispatch_async(_syncQueue,^{
_someString = someString;
});
}

  这次只是把同步派发改成了异步派发，从调用者的角度来看，这个小改动可以提升设置方法的执行速度，而读取操作与写入操作依然会按顺序执行。但这么改有个坏处：如果你测一下程序性能，那么可能会发现这种写法比原来慢，因为执行异步派发时，需要拷贝块。若拷贝块所用的事件明显超过执行块所花的事件，则这种做法将比原来更慢。由于本书所举的这个例子很简单，所以改完之后很可能会变慢。然而，若是派发给队列的块要执行更为繁重的任务，那么仍然可以考虑这种备选方案。
  多个获取方法可以并发执行，而获取方法与设置方法之间不能并发执行，利用这个特点，还能写出更快一些的代码来。此时正可以提现GCD写法的好处来。用同步块或锁对象，是无法轻易实现下面这种方案的。这次不用串行队列，而改用并发队列。(concurrent queue)

_syncQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0);
-(NSString *)someString{
__block NSString *localSomeString;
dispatch_sync(_syncQueue,^{
localSomeString = _someString;
});
}
-(void)setSomeString:(NSString *)someString{
dispatch_async(_syncQueue,^{
_someString = someString;
});
}

  像现在这样写代码，还无法正确实现同步。所有读操作与写入操作都会在同一个队列中执行，不过由于是并发队列，所以读取与写入操作可以随时执行。而我们恰恰不想让这些操作随意执行。此问题用一个简单的GCD功能即可解决，它就是栅栏(barrier)。下列函数可以向队列中派发块，将其作为栅栏使用：

void dispatch_barrier_async(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);
void dispatch_barrier_sync(dispatch_queue_t queue, dispatch_block_t block);

  在队列中，栅栏块必须单独执行，不能与其他块并行。这只对并发队列有意义，因为串行队列中的块总是按顺序逐个执行的。并发队列如果发现接下来要处理的块是个栅栏块(barrier block)，那么就一直要等待当前所有并发块都执行完毕，才会单独执行这个栅栏块。待栅栏块执行过后，再按正常方法继续向下处理。

  在本例中，可以用栅栏块来实现属性的设置方法。在设置方法中使用了栅栏块之后，对属性的读取操作依然可以并发执行，但是写入操作却必须单独执行了。实现代码如下:

_syncQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT,0);
-(NSString *)someString{
__block NSString *localSomeString;
dispatch_sync(_syncQueue,^{
localSomeString = _someString;
});
return localSomeString;
}
-(void)setSomeString:(NSString *)someString{
dispatch_barrier_async(_syncQueue,^{
_someString = someString;
});
}

在这个并发队列中，读取操作是用普通的块来实现的，而写入操作则是用栅栏块来实现的。读取操作可以并行，但写入操作必须单独执行，因为它是栅栏块

  测试一下性能，你就会发现，这种做法肯定比使用串行队列要快。注意设置函数也可以改用同步的栅栏块（synchronous barrier）来实现，那样做可能会更高效，原因执行异步派发，需要拷贝块。最好还是测一测每种做法的性能，然后从中选出最适合当前场景的方案。

总结:

*派发队列可用来表示同步语义(synchronization semantic)，这种做法要比使用@synchronized块或NSLock对象更简单

*将同步与异步派发结合起来，可以实现与普通加锁机制一样的同步行为，而这么做却不会阻塞执行异步派发的线程。

*使用同步队列及栅栏块，可以令同步块行为更为高效。总之，多用派发队列，少用同步锁。