iOS底层探索之多线程(十四)—关于@synchronized锁你了解多少?
对于多线程你了解多少?对于锁你又了解多少?锁的原理你又知道吗?
iOS底层探索之多线程(一)—进程和线程
iOS底层探索之多线程(二)—线程和锁
iOS底层探索之多线程(三)—初识GCD
iOS底层探索之多线程(四)—GCD的队列
iOS底层探索之多线程(五)—GCD不同队列源码分析
iOS底层探索之多线程(六)—GCD源码分析(sync 同步函数、async 异步函数)
iOS底层探索之多线程(七)—GCD源码分析(死锁的原因)
iOS底层探索之多线程(八)—GCD源码分析(函数的同步性、异步性、单例)
iOS底层探索之多线程(九)—GCD源码分析(栅栏函数)
iOS底层探索之多线程(十)—GCD源码分析( 信号量)
iOS底层探索之多线程(十一)—GCD源码分析(调度组)
iOS底层探索之多线程(十二)—GCD源码分析(事件源)
iOS底层探索之多线程(十三)—锁的种类你知多少?
回顾
在上篇博客中,介绍了 iOS 开发中遇到的各种锁,也对各种锁的性能做了一个测试,锁
的性能最好的前三名是:OSSpinLock
(自旋锁) -> dispatch_semaphone
(信号量) -> pthread_mutex
(互斥锁) ,最差的是synchronized
(互斥锁),但也是我们最常用的锁之一。那么本篇博客将针对synchronized
进行分析!
1. @synchronized举例
还是拿售票来举例,模拟多窗口售票情况。
// 模拟多窗口售票
self.ticketCount = 20;//一共有 20 张车票,分为 4 个窗口售卖
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{for (int i = 0; i < 5; i++) {[self saleTicket];}});dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{for (int i = 0; i < 5; i++) {[self saleTicket];}});dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{for (int i = 0; i < 3; i++) {[self saleTicket];}});dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{for (int i = 0; i < 10; i++) {[self saleTicket];}});// 售票方法
- (void)saleTicket{if (self.ticketCount > 0) {self.ticketCount--;sleep(0.1);NSLog(@"当前余票还剩:%lu张",(unsigned long)self.ticketCount);}else{NSLog(@"当前车票已售罄");}}
- 打印结果(未加锁时)
从上图中运行打印的结果来看,4
个窗口异步操作售票,出现了数据不安全的问题,打印的剩余票数的数据出现了混乱。那么通常我们会通过加锁
的方式来保证在任一时刻,只能有一个线程访问该对象,以保证数据的安全和完整性。
现在去加锁
@synchronized
,看看售票情况如何?
@synchronized (self) {if (self.ticketCount > 0) {self.ticketCount--;sleep(0.1);NSLog(@"当前余票还剩:%lu张",(unsigned long)self.ticketCount);}else{NSLog(@"当前车票已售罄");}}
- 加锁后的打印结果
- 加了
@synchronized互斥锁
之后的打印结果非常的完整,没有出现数据的混乱现象 - 那么为什么加了一把
@synchronized
锁之后,数据就安全了呢?为什么传入的参数是self
呢?传入nil
行不行呢? @synchronized
是我们平时用的最多,也是用着最方便,其可读性也更高,那么带着这些问题,开启今天的探索之旅吧!
2. @synchronized分析
- 底层 cpp文件查看
在 main.m
里面写入下面这行代码
使用
xcrun -sdk iphoneos clang -arch arm64 -rewrite-objc main.m -o main.cpp
命令生成.cpp
文件看看底层是什么样子的,如下
可以看到,调用了objc_sync_enter
方法,并且使用了try-catch
,在正常处理流程中,提供了_SYNC_EXIT
结构体,最后也会调用对应的析构函数objc_sync_exit
。这里最重要的其实就是如下两个方法
objc_sync_enter
objc_sync_exit
下符号断点查看
从上面图中运行结果来看,断点走了下的符号断点objc_sync_enter
处,objc_sync_exit
的符号断点也走了,如下图:
通过下符号断点,可以知道和底层.cpp
文件中的结果是一样的,都是有 objc_sync_enter
、 objc_sync_exit
方法,也可以很容易定位到源码是在libobjc.A.dylib
中。
- 汇编查看
通过汇编我们可以发现底层调用了两个方法分别是objc_sync_enter
和objc_sync_exit
,通过字面可以理解,分别是进入
和退出
。这与.cpp
中看到的、还有下符号断点验证的结果是一样的。
3. 源码分析
通过上面的三种方式,可以确定是底层的libObjc.dylib源码,那么现在去源码中看看吧!
在源码中搜索objc_sync_enter
和objc_sync_exit
两个方法分析一下底层的源码实现:
objc_sync_enter
- objc_sync_enter
objc_sync_exit
objc_sync_exit
通过上面的源码发现,
enter
方法和exit
方法的实现是相呼应的。加锁和解锁都会对
obj
进行判断,如果obj
为空,则什么都不会做,通过在源码中搜索,并没有查到与objc_sync_nil()
的相关实现。如果
obj
不为空,在enter
方法中,会封装一个SyncData
对象,并对调用mutex
属性进行上锁lock()
;在exit
方法时,同样获取对应的SyncData
对象,然后调用data->mutex.tryUnlock()
进行解锁。SyncData
是一个结构体,定义如下
typedef struct alignas(CacheLineSize) SyncData {struct SyncData* nextData;DisguisedPtr<objc_object> object;int32_t threadCount; // number of THREADS using this blockrecursive_mutex_t mutex;
} SyncData;
struct SyncData* nextData
:这个是一个单链表结构,其中包含了一个相同的数据结构object
:这里是使用了DisguisedPtr
进行了包装,方便计算和传递threadCount
:线程的数量,有多少个线程对该对象进行加锁的操作recursive_mutex_t mutex
:递归互斥锁
从以上信息可以知道
@synchronized
支持递归锁,并且支持多线程访问。
那么底层是如何进行多线程操作的呢?又是如何递归,如何加锁的呢?
在objc_sync_exit
方法中获取data
是从id2data
方法中获取的
- id2data
这里主要是获取锁,和获取listp
列表数据,通过不同缓存获取SyncData
,还有其他的一些操作,重点看如下代码
spinlock_t *lockp = &LOCK_FOR_OBJ(object);//获取锁
SyncData **listp = &LIST_FOR_OBJ(object);//object的列表
这是两个都是通过宏处理的,如下
从上面的代码可以发现StripedMap
数据存储结构是重点,这是一个哈希表。见下面代码:
这里针对不同平台架构环境,提供了不同的容量,真机环境的容量StripeCount
为8
,模拟环境的容量StripeCount
为64
。而其元素为SyncList
,SyncList
的数据结构是个结构体:
struct SyncList {SyncData *data;spinlock_t lock;constexpr SyncList() : data(nil), lock(fork_unsafe_lock) { }
};
从代码分析来看,而SyncData
是一个链表结构,是哈希的拉链结构,如下
举例分析
写入下面这个代码测试:
- 断点在
42行
处,再单步跟踪进入源码里面,打印测试
从lldb
调试打印结果来看,64
个data
全是空的值,继续跟踪调试,会调用tls_get_direct
方法,获取当前线程绑定的SyscData
,那么断点继续往下跟踪看看,结果如何:
因为是第一次进行加锁,这里的结果还是nil
,继续往下走看看,从缓存中是否可以获取到呢?
fetch_cache
的缓存中,也没有数据,依然是为空,那么就会继续走下面的创建流程,如下:
没有的话就会创建一个SyncData
,并采用头插法
将数据插入到对应listp
头部
完成SyncData
创建后,会绑定到当前线程上(一个线程只会绑定一个,并且绑定后不再改变),注意此时并没有保存到线程对应的缓存列表中。
未完待续,下篇继续分析@synchronized
,敬请期待!
更多内容持续更新
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