iOS中锁的分析

iOS中锁的分析

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** @synchronized ** 递归互斥锁

// objc_sync_enter lock 加锁
// objc_sync_exit 解锁
recursive_mutex_t 递归锁
1、当如果锁的是nil,那么久直接retrun返回
2、SyncData 进行了两种方案,一种是从栈里面保存这个锁,一种是用cache里面保存这把锁
objc_sync_enter & objc_sync_exit 分析

  • 进入objc_sync_enter源码实现

  • 如果obj存在,则通过id2data方法获取相应的SyncData,对threadCount、lockCount进行递增操作

  • 如果obj不存在,则调用objc_sync_nil,通过符号断点得知,这个方法里面什么都没做,直接return了

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data->mutex.lock();//加锁

  • 进入objc_sync_exit源码实现

  • 如果obj存在,则调用id2data方法获取对应的SyncData,对threadCount、lockCount进行递减操作

  • 如果obj为nil,什么也不做

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进入SyncData的定义,是一个结构体,主要用来表示一个线程data,类似于链表结构,有next指向,且封装了recursive_mutex_t属性,可以确认@synchronized确实是一个递归互斥锁

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【第一步】首先在tls即线程缓存中查找。

  • 在tls_get_direct方法中以线程为key,通过KVC的方式获取与之绑定的SyncData,即线程data。其中的tls(),表示本地局部的线程缓存,
  • 判断获取的data是否存在,以及判断data中是否能找到对应的object
  • 如果都找到了,在tls_get_direct方法中以KVC的方式获取lockCount,用来记录对象被锁了几次(即锁的嵌套次数)
  • 如果data中的threadCount 小于等于0,或者 lockCount 小于等于0时,则直接崩溃
  • 通过传入的why,判断是操作类型
  • 如果是ACQUIRE,表示加锁,则进行lockCount++,并保存到tls缓存
  • 如果是RELEASE,表示释放,则进行lockCount--,并保存到tls缓存。如果lockCount 等于 0,从tls中移除线程data
  • 如果是CHECK,则什么也不做

** 【第二步】如果tls中没有,则在cache缓存中查找*

  • 通过fetch_cache方法查找cache缓存中是否有线程

  • 如果有,则遍历cache总表,读取出线程对应的SyncCacheItem

  • 从SyncCacheItem中取出data,然后后续步骤与tls的匹配是一致的

    【第三步】如果cache中也没有,即第一次进来,则创建SyncData,并存储到相应缓存中

如果在cache中找到线程,且与object相等,则进行赋值、以及threadCount++
如果在cache中没有找到,则threadCount等于1

所以在id2data方法中,主要分为三种情况

【第一次进来,没有锁】:

  • threadCount = 1
  • lockCount = 1
  • 存储到tls 【不是第一次进来,且是同一个线程】
  • tls中有数据,则lockCount++
  • 存储到tls 【不是第一次进来,且是不同线程】
  • 全局线程空间进行查找线程
  • threadCount++
  • lockCount++
  • 存储到cache 总结
  • @synchronized在底层封装的是一把递归锁,所以这个锁是递归互斥锁,底层通过TLS缓存和cache缓存
  • @synchronized的可重入,即可嵌套,主要是由于lockCount 和 threadCount的搭配
  • @synchronized使用链表的原因是链表方便下一个data的插入,
  • 但是由于底层中链表查询、缓存的查找以及递归,是非常耗内存以及性能的,导致性能低,所以在前文中,该锁的排名在最后
  • 但是目前该锁的使用频率仍然很高,主要是因为方便简单,且不用解锁
  • 不能使用非OC对象作为加锁对象,因为其object的参数为id
  • @synchronized (self)这种适用于嵌套次数较少的场景。这里锁住的对象也并不永远是self,这里需要读者注意
  • 如果锁嵌套次数较多,即锁self过多,会导致底层的查找非常麻烦,因为其底层是链表进行查找,所以会相对比较麻烦,所以此时可以使用NSLock、信号量等

NSLock

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NSLock是对下层pthread_mutex的封装,使用如下


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请问下面block嵌套block的代码中,会有什么问题?
会出现一直等待的情况,主要是因为嵌套使用的递归,使用NSLock(简单的互斥锁,如果没有回来,会一直睡觉等待),即会存在一直加lock,等不到unlock 的堵塞情况

pthread_mutex就是互斥锁本身,当锁被占用,其他线程申请锁时,不会一直忙等待,而是阻塞线程并睡眠

NSRecursiveLock

NSRecursiveLock在底层也是对pthread_mutex的封装

对比NSLock 和 NSRecursiveLock,其底层实现几乎一模一样,区别在于init时,NSRecursiveLock有一个标识PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE,而NSLock是默认的

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NSCondition

  • NSCondition 是一个条件锁,在日常开发中使用较少,与信号量有点相似:线程1需要满足条件1才会往下走,否则会堵塞等待,知道条件满足。经典模型是生产消费者模型

  • NSCondition的对象实际上作为一个锁 和 一个线程检查器

  • 锁主要 为了当检测条件时保护数据源,执行条件引发的任务

  • 线程检查器主要是根据条件决定是否继续运行线程,即线程是否被阻塞


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    其底层也是对下层pthread_mutex的封装

  • NSCondition是对mutex和cond的一种封装(cond就是用于访问和操作特定类型数据的指针)

  • wait操作会阻塞线程,使其进入休眠状态,直至超时

  • signal操作是唤醒一个正在休眠等待的线程

  • broadcast会唤醒所有正在等待的线程

NSConditionLock

NSConditionLock是条件锁,一旦一个线程获得锁,其他线程一定等待

相比NSConditionLock而言,NSCondition使用比较麻烦,所以推荐使用NSConditionLock,其使用如下

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NSConditionLock,其本质就是NSCondition + Lock

线程 1 调用[NSConditionLock lockWhenCondition:],此时此刻因为不满足当前条件,所以会进入 waiting 状态,当前进入到 waiting 时,会释放当前的互斥锁。

此时当前的线程 3 调用[NSConditionLock lock:],本质上是调用 [NSConditionLock lockBeforeDate:],这里不需要比对条件值,所以线程 3 会打印

接下来线程 2 执行[NSConditionLock lockWhenCondition:],因为满足条件值,所以线程2 会打印,打印完成后会调用[NSConditionLock unlockWithCondition:],这个时候将value 设置为 1,并发送 boradcast, 此时线程 1 接收到当前的信号,唤醒执行并打印。

自此当前打印为 线程 3->线程 2 -> 线程 1

[NSConditionLock lockWhenCondition:];这里会根据传入的 condition 值和 Value 值进行对比,如果不相等,这里就会阻塞,进入线程池,否则的话就继续代码执行[NSConditionLock unlockWithCondition:]: 这里会先更改当前的 value 值,然后进行广播,唤醒当前的线程

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